Projekt. Ersatz-Router für das Schulnetz. Thomas Barth. Christian Schneider. er kam... sah... und überwachte...

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1 Projekt Ersatz-Router für das Schulnetz by Thomas Barth Christian Schneider er kam... sah... und überwachte...

2 Inhaltsverzeichnis Projektaufgabe Seite 1 Th.B., Ch.S. Lösungsmöglichkeiten zur Projektabwicklung Seite 1 Th.B., Ch.S. Verwendete Lösung Seite 2 Th.B., Ch.S. Funktionsbeschreitbung des Projektes Vorbereitung und Spiegelung Seite 2 Ch.S. Konfiguration des gespiegelten Systems Seite 2 3 Ch.S. Scripterklärungen Ueberwachung.sh Seite 4 Th.B. LogCopy.sh Seite 5 Th.B. Saeubern.sh Seite 5 Th.B. Update.sh Seite 5 Th.B. Dienstuebernahme.sh Seite 5 Th.B. SSH-Schlüsselpaar Seite 6 Ch.S. Adminstrationsseite Seite 6-7 Ch.S. Projektbeauftragte Thomas Barth (Th.B.) Christian Schneider (Ch.S.)

3 Projektaufgabe Es sollte ins bestehende Netzwerk (siehe Abbildung 1) ein zweiter Router integriert werden, der bei Ausfall des vorhandenen Routers automatisch dessen Funktionen übernimmt. Der Ersatz-Router sollte sämtliche Daten und Funktionen des Original-Routers besitzen. Das Projekt sollte wie auch der Original-Router komplett unter Linux realisiert werden. Das Einbinden des fertigen Systems in das Schulnetz (siehe Abbildung 2) sowie die Inbetriebnahme mit Herrn Schuster rundete das Projekt ab. Abbildung 1 - Aktueller Netzwerkaufbau Abbildung 2 - Gewünschter Netzwerkaufbau Lösungsmöglichkeiten zur Projektabwicklung Um zwei identische Systeme zu erhalten, muss ein zweiter Rechner komplett neu installiert werden und sämtliche Dateien auf diesen per Hand kopiert werden. Alternativ hierzu könnte der Original-Rechner als Quellsystem für eine Spielgelung hergenommen werden und von diesem ein identisches Abbild inklusive aller Dateien und Einstellungen erstellt werden. Eine Spiegelung könnte mittels rsync-befehl über ein Netzwerk oder mit dem dd-befehl lokal von einer Festplatte auf eine zweite Festplatte geschehen. Als Möglichkeiten für den Verbindungsaufbau über ein Netzwerk zur Spiegelung sind ein rsync-server oder SSH zu nennen. Bei der späteren Überwachung des Original-Systems sowie der eventuellen Dienstübernahme durch den Ersatz-Router kam nur die Möglichkeit von selbst erstellten Scripten als Möglichkeit in Betracht. Seite 1

4 Verwendete Lösung Bei der Durchführung des Projektes haben wir uns für die Spiegelung des Original-Routers mittels rsync-befehl über das vorhanden Schulnetz in Verbindung mit SSH entschieden. Das Spiegeln eines Systems hat den Vorteil, dass beim sonst nötigen Kopieren der Dateien und installieren der sämtlichen Anwendungen die Daten auf beiden Rechnern sofort identisch vorliegen und keiner weiteren Anpassung bedürfen. Bei der Spiegelung mit Hilfe des rsync-befehls über das Schulnetz müssen keine Festplatten umgebaut werden. Der Original-Router muss also bezüglich eines Festplattenumbaus nicht heruntergefahren werden und kann auch bei der Spiegelung selbst ohne Beeinflussung weiterarbeiten, was als Voraussetzung von uns gesehen wurde, da es zu möglichst wenig Störungen des Internetverkehrs bzw. des Schulnetzes kommen sollte. Beim Verbindungsaufbau zur Spiegelung des Original-Systems haben wir uns für SSH entschieden, da somit kein zusätzlicher Server-Dienst auf dem Original-Router gestartet oder gar ein weiters Programme installiert werden muss. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Verbindungsaufbau ohne Passwort-Abfrage zu gestalten, was die Spiegelung des Quell- Systems einfacher und schneller gestaltet. Funktionsbeschreibung des Projektes Die Spiegelung des Original-Routers wurde mit Hilfe eines Rescue-System s einer handelsüblichen Linux-Distribution wie SuSe Linux oder Knoppix durchgeführt. Der Vorteil hierbei ist, dass auf dem zukünftigen Ersatz-Router keinerlei vorhergehenden Installationen nötig sind, da das Rescue-System ein vollständiges Linux innerhalb des Arbeitsspeicher s simuliert und somit alle benötigten Befehle zur Verfügung stellt. Zum Anfang des Projektes wurde die Festplatte des Ersatz-Routers durch Partitionieren der Festplatte des Original-Routers angepasst. In den Rescue-Systemen wird dafür der Befehl fdisk mit einer allgemein verständlichen Benutzerführung zur Verfügung gestellt. Es wurden die Partitionen erst analog zum Quell-System angelegt. Anschliessend wurden die neu erstellten Partitionen mit den selben Dateisystemen formatiert, wie sie auch auf dem Original-Router zum Einsatz kommen. Dies geschah zum Einen mit dem Befehl mkfs.ext2 für ein ext2-dateisystem (= Standard-Dateisystem unter Linux) sowie dem Befehl mkswap für die Auslagerungs-Partition von Linux. Beim Spiegeln über das Netzwerk musste dem Ersatz-Router im Rescue-System noch eine IP zugewiesen werden, was mit dem Standard-Befehl ifconfig sowie der angehängten IP geschehen ist. Diese IP wurden nach Rücksprache mit dem Administrator Herrn Stadler vergeben, um Überschneidungen und somit Störungen mit vorhandenen Netzwerkadressen zu vermeiden. Zum eigentlichen Spiegeln wurde auf ein Script aus dem Internet zurückgegriffen, das unseren Ansprüchen angepasst wurde. Mit diesem Script wurden alle System- und Anwenderverzeichnisse angelegt und die darin vorhandenen Dateien unter Berücksichtigung der Verzeichnis- und Dateiattribute kopiert. Aufgrund der Tatsache, dass für den Original-Router ein speziell auf Pentium4-Systeme angepasster Kernel verwendet wurde, unser System jedoch einen AMD-Prozessor verwendet, musste das gespiegelte System unter Zuhilfenahme eines alten Kernels bootfähig gemacht. Dazu mussten die Dateien fstab und lilo.conf im Verzeichnis /etc in Bezug auf Lage und Name dieses alten Kernel s angepasst und anschliessend mit lilo diese Änderungen in den Bootsektor der Festplatte geschrieben werden. Seite 2

5 Nach einem Neustart konnten wir einen aktuellen Standard-Kernel herunterladen, diesen installieren und den Bootsektor an diesen Kernel anpassen. Dies geschah wie bei der Anpassung an den alten Kernel über die Dateien fstab und lilo.conf mit Angabe der Lage und des Namens des Kernels sowie anschliessendem ausführen des Befehls lilo, der die Änderungen wieder in den Bootsektor der Festplatte übertragen hat. Für den weiteren Verlauf unseres Projektes hatten wir uns entschlossen, ein eigenes Runlevel zu erstellen, in dem nur die nötigsten Dienste verfügbar sind. In dieses Runlevel sollte unser Ersatz-Router booten. Dazu musste der Ordner rc7.d im Verzeichnis /etc erstellt und die benötigten Scripte hierhin kopiert werden. Das Aussortieren der unwichtigen Dienste ermöglicht schnelleres Booten sowie einen reibungsloseren Betrieb des Ersatz-Routers im Überwachungs-Modus. Die für den Routing-Betrieb zusätzlich benötigten Dienste werden bei der Dienstübernahme während des Wechsels in ein anderes Runlevel nachgeladen. Um das neu erstellte Runlevel benutzen zu können, musste erneut die Datei fstab im Verzeichnis /etc angepasst und jetzt dieses Runlevel als Standard-Wert beim Booten eingetragen werden. Um Störungen des Netzwerkes beim Booten des Ersatz-Routers zu vermeiden, mussten wir die Netzwerkeinstellungen des Ersatz-Routers soweit abändern, dass diese nicht mehr mit den Einstellungen des Original-Routers kollidierten. Dies geschah durch editieren der Datei interfaces unter /etc/network. In dieser Datei können den im Rechner verbauten Netzwerkkarten die Einstellungen wie IP-Adressen und Broadcast-Adressen zugeteilt werden. Hintergrund für das Umstellen war, dass beim Spiegeln des Original-Routers alle Einstellungen inklusive der Netzwerkeinstellungen kopiert wurden. Nachdem der Ersatz-Router jetzt vollständig konfiguriert war und nach einem Neustart ordnungsgemäss lief, konnten wir mit dem Erstellen der benötigten Scripte beginnen. Seite 3

6 Ueberwachung.sh Die eigentliche Überwachung wurde mit einem selbsterstellten Script bewerkstelligt, das zeitgesteuert per CronJob alle 5 Minuten gestartet wird. Dieses Script überprüft zuerst, ob eine Überwachung überhaupt erfolgen darf. Gründe zur Nichtausführung sind zum Einen die Feststellung einer aktuell laufenden Überprüfung, eines laufenden Datenabgleichs oder die manuelle Deaktivierung der automatischen Überwachung durch den Administrator. Weiterhin wird die Überwachung ausgesetzt, wenn der Ersatz-Router die Dienste des Original-Routers bereits übernommen hat. Verläuft die Prüfung positiv, wird erst die Erreichbarkeit der drei im Schulnetz vorhandenen Firewall s sowie der Netzwerkkarten des Original-Routers mittels PING-Befehl überprüft. Anschliessend wird mit Hilfe des WGET-Befehl s der Online-Status der drei Firewall s festgestellt, indem drei voneinander unabhängige, vorher festgelegte Internetseiten heruntergeladen werden. Der WGET-Befehl ist wie auch der PING-Befehl in jeder Linux- Distribution enthalten und ermöglicht, wie bereits geschrieben, das Herunterladen von Dateien sowie kompletten Internetseiten. Diese Dateien werden bei uns nur temporär gespeichert und nach der Überprüfung wieder gelöscht. Als nächstes werden die drei statischen IP s (z.b für der vorher festgelegten Internetseiten per PING-Befehl überprüft. Aufgrund dieser Abfrage kann festgestellt werden, ob das Routing über den Original-Router ordnungsgemäss funktioniert. Sollte dies nicht der Fall sein, wird eine Dienstübernahme durch Aufruf eines weiteren selbsterstellten Scriptes veranlasst. Ansonsten wird die DNS-Funktionalität des Original-Routers ebenfalls mit einem PING- Befehl auf die drei festgelegten Internetseiten, jetzt jedoch anhand der Domain-Namen (z.b. getestet. Bei Auftreten eines Fehlers hierbei wird eine Dienstübernahme ausgeführt. Treten keine Fehler auf, wird die Überwachung fortgesetzt, indem die für einen reibungslosen Internetbetrieb nötigen Ports mittels NMAP-Befehl abgefragt werden. NMAP ist ein Port-Scanner unter Linux, der es ermöglicht, den Status eines oder mehrerer Ports einer Netzwerkadresse festzustellen. Die von uns verwendeten Port s sind Port 21 für FTP (= File Transfer Protocol, zum Übertragen von Daten), Port 25 für SMTP (= Simple Mail Transfer Protocol, zum Versand von s), Port 110 für POP3 (= Post Office Protocol, zum Empfang von s) sowie Port 143 für IMAP(= Internet Message Access Protocol, um s direkt auf dem Server zu lesen und zu bearbeiten). Port 80 für HTTP-Anfragen (HTTP = HyperText Transfer Protocol, zur Übertragung von Internetseiten) nimmt hierbei jedoch eine Sonderstellung ein. Dieser kann aufgrund des im Netzwerk vorhandenen Proxy-Servers Squid nicht per NMAP -Methode getestet werden. Der Proxy-Server beantwortet alle Anfragen auf Port 80, egal ob die angefragte Adresse den Port 80 beantworten würde. Wir haben uns hier wieder für die Methode mit dem WGET-Befehl entschieden, da der Proxy-Server bei diesem Befehl umgangen wird. Sollte bei der Abfrage der Ports ein Fehler auftreten, wird ebenfalls eine Dienstübernahme ausgeführt. Die Überprüfung der statischen IP s, Domain-Namen und Port s wird auf je drei vorher definierte Adressen im Internet durchgeführt. Durch diese Mehrfach-Überprüfung wird eine Redundanz gewährleistet, die den Ausfall von bis zu zwei Adressen eliminiert. Jede vorgenomme Überwachung erzeugt einen eigenen Eintrag in eine Tages-Log-Datei. Diese beinhaltet den Tag, die Uhrzeit sowie das Ergebnis der Überprüfung. Beim Auftretten eines Fehlers wird je nach Schweregrad eine mehr oder weniger detailierte Fehlerbeschreibung in der Log-Datei protokolliert. Diese ermöglicht dem Administrator ein schnelleres Lokalisieren und Beheben des aufgetretenen Fehlers. Seite 4

7 LogCopy.sh Die von der Überwachung erzeugte Tages-Log-Datei wird am Tagesende mittels Scirpt in ein Sicherungsarchive kopiert, welches den Ordner des letzten und des aktuellen Monats enthält. Der Dateiname setzt sich aus dem Tag der Überwachung zusammen, z.b. 24_April_2004. Saeubern.sh Das Archivierungsverzeichnis wird durch ein Säuberungs-Script am Monatsende von überflüssigen Log-Dateien gereinigt. Somit wird das unnötige Belegen von Speicherplatz vermieden. Im Moment werden die Protokolle des letzten Monats zur Wiedereinsicht für den Administrator auf dem Rechner belassen. Update.sh Am Tagesende wird ein Datenabgleich zwischen Original- und Ersatz-Router durchgeführt, um bei einer eventuellen Dienstübernahme die Datenintegrität zu gewährleisten. Hierfür wurde das Script zum Spiegeln des Original-Routers verwendet und geringfügig abgeändert. Während diesem Abgleich der Rechner ist keine Überwachung und somit auch keine Dienstübernahme möglich, da es sonst zu einem Datenverlust auf beiden Rechner kommen kann. Der Start und das Beenden des Abgleichs wird ebenfalls in der Log-Datei mitprotokolliert. Nach Abschluss der Syncronisation geht der Ersatz-Router wieder in den Überwachungsmodus über. Dienstuebernahme.sh Das eigens erstellte Dienstübernahmescript überprüft zuerst, ob eine Übernahme momentan überhaupt erfolgen darf. Sollte dies der Fall sein, wird versucht, den Original-Router herunterzufahren. Hierfür verwenden wir eine Verbindung per SSH, die eine automatische Anmeldung ohne Passwort-Abfrage am Original-Router ermöglicht und den Befehl zum Herunterfahren an diesen schickt, falls dieser noch erreichbar ist. Ist der Original-Router nicht mehr erreichbar, bekommt der Ersatz-Router den Rechnernamen des Original-Routers. Anschliessend werden die Netzwerkkarten des Ersatz-Routers denen des Original-Routers angepasst und nötige Routing-Einstellungen vorgenommen. Abschliessend wird ein Wechsel in das Runlevel 2 ausgeführt, in dem alle nötigen Scripte und Dienste gestartet werden. Seite 5

8 SSH-Schlüsselpaar Um die für einige Aufgaben benötigte SSH-Verbindung ohne Passwort-Abfrage zu bewerkstelligen, wurde von uns ein SSH-Schlüsselpaar erzeugt. Dieses Schlüsselpaar wurde auf dem Ersatz-Router erstellt und der öffentliche Schlüssel auf den Original-Router übertragen. Beim Verbindungsaufbau werden die beiden Schlüssel auf dem Original-Router und dem Ersatz-Router verglichen und bei Übereinstimmen der weitere Verbindungsaufbau gewährt. Administrationsseite Zur einfacheren Bedienung und Wartung der Ersatz-Routers wurde von uns zusätzlich zur eigentlichen Projekt-Aufgabe eine Administrationsseite erstellt. Diese wurde komplett in PHP erstellt und ermöglicht die Einsicht in die angefallenen Log-Dateien, Feststellen des aktuellen Statuses, manuelles Starten und Stoppen der Überwachung, starten einer Datensyncronisation zwischen Original-Router und Ersatz-Router sowie das Neustarten des Ersatz-Routers. Abbildung 3 - Administrationsseite Seite 6

9 Weiterhin wurde ein fertiges Java-Applet eingefügt, das eine SSH-Verbindung per Javafähigem Browser ermöglicht. Somit kann die komplette Adminstration des Ersatz-Routers über die Adminstrationsseite erfolgen, da nicht in die Seite eingebundene, selten benutzte Befehle über dieses SSH-Applet eingegeben werden können. Abbildung 4 SSH-Applet Das Applet stammt von der Firma appgate und ist für die private und eingeschränkt kommerzielle Nutzung frei verfügbar. Seite 7

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