Inhaltsverzeichnis. Praktische Übungen zu Computertechnik 2. Versuch C3. Dipl-Inf. Adrian Knoth 5. Juni Vorbereitung und Voraussetzungen 2

Transkript

1 Praktische Übungen zu Computertechnik 2 Versuch C3 Rechner-Netzwerke Aufgabenstellung Dipl-Inf. Adrian Knoth 5. Juni 2013 Inhaltsverzeichnis 1 Vorbereitung und Voraussetzungen 2 2 Grundlegende (lokale) Konfiguration 3 3 Kommunikation zwischen den Versuchsrechnern Netzwerkverkehr abhören und speichern Auswertung mit Hilfe von Wireshark Routing 4 5 Routenverfolgung Internationales Routing DNS abhören 6 7 URL-Extraktion aus Netzwerk-Dumps 8 8 Upload der Protokolldateien 8 Der Vernetzungsgrad der Welt nimmt stetig zu, isolierte Einzelplatzrechner trifft man nur noch selten an. Das Internet wächst unaufhaltsam weiter, immer mehr Bereiche des alltäglichen Lebens sollen miteinander kommunizieren können. Dafür müssen Daten zwischen unterschiedlichsten Geräten ausgetauscht werden, eine Aufgabe, die in der Vergangenheit das Internet-Protokoll in der Version 4 (kurz: IPv4) übernommen hat. Doch dessen 32bit-Adressraum wird sich in absehbarer Zeit erschöpfen, ein Umstand, dem IPv6 Rechnung trägt. IPv6 wurde 1998 in RFC 2460 als Nachfolger von IPv4 standardisiert. Alle modernen Betriebssysteme beherrschen heutzutage das neue Protokoll, und für Netzwerktechniker führt mittelfristig kein Weg daran vorbei.

2 Dieser Versuch vermittelt erste Grundlagen, wie das Internet im Inneren funktioniert. Damit dieses Wissen auch in zehn Jahren noch Bestand hat, wird IPv4 als veraltet angesehen und nur noch IPv6 betrachtet. 1 Vorbereitung und Voraussetzungen Hinweis: Dieser Abschnitt soll nicht protokolliert werden, er dient lediglich der Vorbereitung und dem Kolloquium. Für den C3-Versuch benötigt einer der Partner ein FRZ-Login sowie das zugehörige UNIX- Paßwort (Linux- oder Unixpool). Erwarten Sie eine Unix-Kommandozeile, Sie müssen also Unix-Kommandos eingeben können. Die Eingabezeile wird in diesem Versuch durch das $-Zeichen symbolisiert (genannt Shell-Prompt). Wenn eine Kommandozeile nicht reicht, erhalten Sie mit Alt+F1, Alt+F2... weitere Terminals. Machen Sie sich mit Ausgabeumleitung vertraut. Im Wesentlichen reduziert es sich auf: $ command > /path/to/file $ command tee /path/to/file Lesen Sie überblicksartig Kapitel 1 und 3 aus ehp-head/c3/tcpip.pdf. Beachten Sie dabei, daß vor allem Kapitel 1 noch sehr IPv4-lastig ist. Da der Schwerpunkt in diesem Versuch auf IPv6 liegt, reicht es, die Konzepte nur grob zu betrachten. Informieren Sie sich zu folgenden Fragen: 1. Wie ist eine IPv6-Adresse aufgebaut? (Viererblöcke, fehlende führende Nullen, Nullenkompression) 2. Was sind Scopes? Beschränken Sie sich auf Link-Local, Site-Local und Global. 3. Verstehen Sie den Unterschied zwischen Unicast, Multicast und Anycast. 4. Was ist ein Präfix? Was ist CIDR? 5. Ein LAN-Segment hat die Präfixlänge /64, aber wieviele Rechner passen ungefähr in ein /112? Wieviele in ein /48? 6. Was ist MTU? Was macht PMTUD? 7. Was sind Ports und wo liegen Sie im OSI-Schichtenmodell? Lesen Sie Abschnitt 8 dieses Dokuments und überlegen Sie sich Verzeichnisnamen, in denen Sie die im Laufe des Versuchs entstehenden Dateien speichern, z.b. /tmp/router und /tmp/intern. C3 Aufgabenstellung und Versuchsdurchführung 2 Stand: 5. Juni 2013

3 Gruppe Adressbereich (Präfix) A 2001:638:906:affe::/64 B 2001:638:906:beef::/64 (a) Zuordnung von Präfix zur Gruppe Matrikelnummer abgeleitete Adresse :638:906:affe::1:2345/ :638:906:affe::5:4321/64 (b) Matrikelnummern und abgeleitete Adressen in der Versuchsgruppe A Tabelle 1: Die im Versuch zu wählenden IPv6-Adressen bestimmen sich aus der Versuchsgruppe (wahlweise Arbeitsplatz A oder B) sowie den Matrikelnummern der durchführenden Studierenden. Die Antworten auf diese Fragen finden Sie teilweise in o.g. PDF oder an nahezu beliebiger Stelle im Internet, z.b. in der Wikipedia. Jeder Gruppe erhält im Versuch zwei miteinander vernetzte Linux-Rechner ohne grafische Oberfläche, Drucker oder USB-Anschlüsse. Das linke Gerät verfügt über nur eine Netzwerkkarte, das rechte hingegen über zwei und fungiert daher als Router zum Fakultätsrechenzentrum (FRZ). Zusätzlich steht jeder Gruppe ein dritter grafikfähiger Rechner zur Verfügung, der so genannte Youtube-Rechner, er wird jedoch erst in Abschnitt 7 benötigt und wird bis dahin in der Aufgabenstellung nicht berücksichtigt. 2 Grundlegende (lokale) Konfiguration Jede Netzwerkkarte trägt einen Interface-Namen. Im Versuch bezeichnet ethintern die Netzwerkkarte des internen Netzes, ethfrz hingegen im Router die zweite Karte, die zum FRZ führt (Uplink). Wählen Sie entsprechend der Ihnen vom Betreuer zugewiesenen Gruppe einen Netzbereich in Tabelle 1a. Kombinieren Sie den für Sie relevanten Präfix mit Ihren Matrikelnummern, indem Sie diese geeignet ans Ende der Adresse schreiben. So würden beispielsweise die Studenten mit den Matrikelnummern und als Gruppe A die in Tabelle 1b dargestellten Adressen bilden. Weisen Sie die von Ihnen gebildeten Adressen den internen Netzwerkkarten Ihrer Rechner zu und dokumentieren Sie den verwendeten Befehl. Er dürfte in etwa dieser Gestalt sein: $ ip addr add 2001:638:906:affe::1:2345/64 dev ethintern Prüfen Sie mittels ping6 auf beiden Rechnern, ob die jeweils eigene (lokale) Adresse erreichbar ist: $ ping6 2001:638:906:affe::1:2345 Sofern dies funktioniert, lassen Sie sich durch Eingabe von $ ip addr show auf beiden Rechnern die Konfiguration ausgeben. Sichern Sie durch Ausgabeumleitung die Ausgabe in einer Datei und fügen Sie diese später dem Protokoll bei. C3 Aufgabenstellung und Versuchsdurchführung 3 Stand: 5. Juni 2013

4 3 Kommunikation zwischen den Versuchsrechnern Der wichtigste und zugleich einfachste Test, ob eine Verbindung grundsätzlich funktioniert, stellt ping6 dar. Starten Sie auf dem Router ping6 gefolgt von der IPv6-Adresse des anderen Rechners. ping6 sollte im Falle einer funktionierenden Verbindung sekündlich eine Zeile mit der Umlaufzeit des Pakets anzeigen. Sie können auf dem anderen Rechner gleichzeitig ICMPv6-Nachrichten (echo-request und echo-reply) sehen. Dazu rufen Sie dort tcpdump auf: $ tcpdump -s 0 -n -v -x -X Sowohl ping6 als auch tcpdump lassen sich mit Strg+C abbrechen. 3.1 Netzwerkverkehr abhören und speichern Starten Sie nun erneut tcpdump und leiten Sie gleichzeitig die Ausgabe in eine Datei um, etwa so: $ tcpdump -s 0 -n -v -x -X tee /tmp/intern/ping-1 Nachdem Sie einige Pakete auf dem Bildschirm gesehen und tcpdump erneut abgebrochen haben, sichern Sie nun die Paketinhalte in nicht-analysierter Form (Raw-pcap-Capture): $ tcpdump -s 0 -w /tmp/ping6.pcap 3.2 Auswertung mit Hilfe von Wireshark Werten Sie die pcap-datei zu Hause mit Hilfe von Wireshark aus. Wireshark ist ein mächtiges Werkzeug zur Analyse von Netzwerkdaten, das Sie dabei unterstützt (vgl. Abbildung 1). Lassen Sie sich die Grenzen der Header im Protokollstapel zeigen (Ethernet, IPv6, ICMPv6) und markieren Sie diese in einem Screenshot. Ermitteln und protokollieren Sie die Hardware-Adressen der beteiligten Netzwerkkarten und vergleichen Sie diese mit der Ausgabe von ip addr show aus Abschnitt 2. Gehen Sie dabei auch, sofern möglich, auf EUI-64 ein. Markieren und erklären Sie die mit Hilfe von Wireshark gewonnenen Daten in der Ausgabe von tcpdump, die Sie im Abschnitt 3.1 gespeichert haben, insbesondere die einzelnen Elemente des IPv6-Headers und ihre Position im Hexdump-Block (nicht in der einzeiligen Zusammenfassung). 4 Routing Prüfen Sie auf dem Router, ob er das Weiterleiten von Paketen erlaubt: $ cat /proc/sys/net/ipv6/conf/all/forwarding Sie sollten als Ausgabe eine 1 erhalten, anderenfalls wenden Sie sich bitte an den Versuchsbetreuer. Lassen Sie sich durch Eingabe von C3 Aufgabenstellung und Versuchsdurchführung 4 Stand: 5. Juni 2013

5 $ ip -6 route show die Routingtabelle des Routers anzeigen und protokollieren Sie (ggf. nach Ausgabeumleitung) die Defaultroute. Erklären Sie kurz schriftlich, worum es sich bei einer Defaultroute handelt. Fügen Sie nun auf dem internen (linken) Rechner eine Defaultroute hinzu. Als Gateway dient dabei die von Ihnen im Abschnitt 2 vergebene interne IPv6-Adresse des Routers. Der Befehl könnte in etwa so aussehen: $ ip -6 route add default via 2001:638:906:affe::1:2345 Um zu überprüfen, ob das Routing funktioniert, gehen Sie im Anschluß den Weg der Daten von innen nach außen durch. Beginnen Sie dazu auf dem internen Rechner. Die Verbindung zum Innen- Interface des Routers haben Sie bereits im vorherigen Abschnitt geprüft. Prüfen Sie nun, ob Sie vom internen Rechner das Außen-Interface des Routers erreichen, indem Sie die zugehörige IPv6- Adresse pingen: [interner Rechner] $ ping6 2001:638:906:2... Die exakte Adresse des Außeninterfaces entnehmen Sie bitte der Ausgabe von ip addr show ethfrz auf dem Router. Ist das Außeninterface ebenfalls erreichbar, pingen Sie nun vom internen Rechner aus Ziele in der Welt, z.b. [interner Rechner] $ ping6 $ ping6 loris.tv Sie prüfen hier, ob Ihre Außenanbindung funktioniert. Sollte dies nicht der Fall sein, liegt eine Fehlkonfiguration vor, die Sie beseitigen müssen, bevor Sie mit dem Versuch fortfahren können. 5 Routenverfolgung Mit Hilfe von traceroute6 kann man verfolgen, welchen Weg ein IP-Paket durch das Internet nimmt. Als Ausgabe erhält man eine Liste der beteiligten Router, über die das Paket zum Ziel gelangt. Lassen Sie sich von traceroute6 auf dem internen Rechner den Weg zum Inneninterface (ethintern) des Routers anzeigen, in etwa so: $ traceroute6 2001:638:906:affe::1:2345 Die Ausgabe dürfte recht kurz sein und muß nicht protokolliert werden. Prüfen Sie nun die Route zum Außeninterface des Routers. Die dazu notwendige IPv6-Adresse haben Sie bereits im vorherigen Abschnitt ermittelt. Auch hier ist das Protokollieren entbehrlich. Als nächstes ermitteln und protokollieren Sie die Route zu einem Rechner im Linuxpool: $ traceroute6 ppc230.mirz.uni-jena.de Die Ausgabe ist immer noch recht kurz, da der Rechner im Linuxpool direkt, das heißt ohne weitere Router, im Netzsegment des FRZ angesprochen werden kann. C3 Aufgabenstellung und Versuchsdurchführung 5 Stand: 5. Juni 2013

6 5.1 Internationales Routing Die nun folgenden Tests benutzen internationales Routing. Möglicherweise sind daher nicht alle Rechner erreichbar, dies sollte aber die Ausnahme darstellen. Ermitteln und protokollieren Sie die Routen zu folgenden Rechnern: 1. ftp.uni-kl.de Identifizieren und markieren Sie im Protokoll den Übergang vom Deutschen Forschungsnetz (DFN, X-WIN) zu anderen Netzanbietern. 1 In welcher Stadt findet der Netzübergang statt? 6 DNS abhören Im Folgenden sollen DNS-Pakete auf dem Router abgehört und später analysiert werden. Starten Sie dazu auf dem Router parallel zwei Instanzen von tcpdump: $ tcpdump -i ethfrz -v -x -X -s 0 port 53 tee /path/to/file [Alt+F2] $ tcpdump -i ethfrz -s 0 -w /tmp/dns.pcap port 53 Die erste Instanz dient zu Ihrer visuellen Kontrolle, die zweite speichert alle Pakete im Raw- Format, um sie später mit Wireshark zu analysieren. Erzeugen Sie nun auf dem internen Rechner eine Nameserveranfrage für ipv6.google.com: $ host ipv6.google.com Sie sollten auf dem Router-Monitor DNS-Verkehr sehen. Analysieren Sie zu Hause für das Protokoll die parallel gewonnenen Raw-Daten mit Wireshark: 1. Markieren Sie die (richtige 2 ) DNS-Anfrage im Paketstrom. 2. Zeigen (markieren) Sie den Protokollstapel für diese Anfrage (Ethernet, IPv6, UDP). 3. Markieren Sie die zugehörige DNS-Antwort. 4. Welche Hardware-Adresse (MAC-Adresse) hat der Next-Hop-Router? Benennen Sie, sofern möglich, den Hersteller der Netzwerkkarte. 1 Nicht bei ftp.uni-kl.de, da dieser Uni-Rechner ebenfalls am DFN hängt. 2 Eventuell sehen Sie mehr als eine Anfrage, da Sie auf einem Außeninterface lauschen. C3 Aufgabenstellung und Versuchsdurchführung 6 Stand: 5. Juni 2013

7 Abbildung 1: Wireshark analysiert pcap-dateien, hier ICMPv6 (ping6). Der Protokollstapel läßt sich als Baum entfalten und gibt dabei immer mehr Details preis. Im oberen Fenster ist das erste Paket des Datenstroms ausgewählt, der mittlere Abschnitt zeigt ausgeklappt einige Informationen zu Ethernet, IPv6 und ICMPv6. Ganz unten wird das Paket als Bytestrom angezeigt und der im mittleren Abschnitt selektierte Protokollbereich innerhalb des Pakets hinterlegt markiert. C3 Aufgabenstellung und Versuchsdurchführung 7 Stand: 5. Juni 2013

8 7 URL-Extraktion aus Netzwerk-Dumps Konfigurieren Sie nun die IPv6-Verbindung Ihres Youtube-Rechners (IPv6-Adresse, Routing). Starten Sie auf dem Router tcpdump, um den gesamten Datenverkehr mitzuschneiden: $ tcpdump -i ethfrz -s 0 -w /tmp/youtube.pcap Beachten Sie, daß dieser Befehl keine Ausgabe erzeugt und am Ende des Versuchs mit Strg+C abgebrochen werden muß. Öffnen Sie nun auf dem Youtube-Rechner einen Browser und rufen Sie auf. Starten Sie ein beliebiges Youtube-Video und schauen Sie es sich einige Sekunden an. Brechen Sie nun auf dem Router tcpdump ab, der Versuch ist beendet. Analysieren Sie zu Hause für das Protokoll mit Hilfe von Wireshark den Datenstrom in youtube.pcap und extrahieren Sie die URL der Videodatei (Hinweis: HTTP-GET-Anfrage für.flv oder.mp4 suchen). Nennen Sie die vollständige URL der Videodatei inklusive Hostname im Protokoll und markieren Sie die entsprechende Stelle grafisch in einem Wireshark-Screenshot. Versuchen Sie, das Video direkt per wget, curl oder einem anderen beliebigen Tool (notfalls via Browser) herunterzuladen und mit einem Videoplayer abzuspielen. (z.b. VLC 3, mplayer 4 o.ä.) Berichten Sie über den Erfolg dieses Vorhabens. 8 Upload der Protokolldateien Dies war ein Netzwerkversuch. Deshalb übertragen Sie die entstandenen Dateien zum Abschluß auch nicht via USB-Stick sondern über das Netz. Da Sie jetzt über funktionierendes Routing verfügen, können Sie die Dateien in Ihr FRZ-UNIX-Homeverzeichnis kopieren. Angenommen, Sie haben alle Dateien im Verzeichnis /tmp/router bzw. /tmp/intern gesammelt, dann genügt folgende Eingabe: $ scp -r /tmp/router username@ppc230.mirz.uni-jena.de: Verfahren Sie analog auf dem internen Rechner. Die Manpage von scp kann bei Problemen Hilfestellung geben. Loggen Sie sich nun mittels $ ssh username@ppc230.mirz.uni-jena.de im Linuxpool ein und überprüfen Sie die Lesbarkeit Ihrer Daten durch Aufruf von $ tshark -r name_der_datei.pcap Sofern die Ausgabe grob den von Ihnen mitgeschnittenen Netzwerkverkehr widerspiegelt, sind Ihre Versuchsdaten korrekt im Linuxpool angekommen. Überprüfen Sie auch die anderen Protokolldateien auf Vollständigkeit. Fehlen später im Protokoll Versuchsdaten, gilt der ganze Versuch als nicht bestanden. Hinweis: Dieser Abschnitt muß nicht protokolliert werden C3 Aufgabenstellung und Versuchsdurchführung 8 Stand: 5. Juni 2013