Laborator 6. Adresare IP și rutare în Linux

Cunoștințe și abilități ce vor fi dobândite

Configurare de adrese IP în Linux
Configurarea rutării în Linux
Depanarea problemelor de configurare a rețelei în Linux

Cheat sheet

Cheat Sheet

Pregătire infrastructură de laborator

Avem nevoie de o mașină virtuală a laboratorului. Vă rugăm urmăriți pagina aceasta pentru instrucțiuni, apoi reveniți.
Atenție: puteți accesa mașina virtuală (din spațiul 10.9.0.0/16) doar prin intermediul serverului fep!

Sfat util pentru toate laboratoarele: pentru a vă autentifica pe fep.grid.pub.ro fără să vă ceară autentificare web și two-factor, se recomandă generatul și instalatul unei perechi de chei publice/private după pașii de mai jos (pe un sistem Linux):

# pe sistemul gazdă (e.g., laptop / PC):
ssh-keygen # fără argumente, folosim setările implicite
# ne-a generat fișierele ~/.ssh/id_rsa și ~/.ssh/id_rsa.pub
cat ~/.ssh/id_rsa.pub
# copiem tot (inclusiv id-rsa ... până la final) în clipboard
# ne autentificăm la fep, clasic (încă nu merge fără parolă că n-am terminat configurarea):
ssh username@fep.grid.pub.ro
# odată conectați pe fep:
mkdir -p ~/.ssh
vim ~/.ssh/authorized_keys  # sau nano, dacă nu vă place vim :( 
# și dați paste la cheia voastră publică aici (dacă sunteți prin vim, nu uitați să intrați în INSERT)
# ieșiți și apoi vă reconectați la fep, nu ar trebui să vă mai ceară parolă :D
ssh username@fep.grid.pub.ro  # doamne-ajută!

Pentru utilizatorii de Windows, ar trebui să existe utilitarul ssh-keygen în consola clasică sau PowerShell. Dacă folosiți Putty, din păcate, pașii sunt mult mai laborioși (folosește alt format pentru chei publice și va trebui să faceți conversia), deci nu vom lista pașii necesari aici (hint: use Google sau folosiți ssh-ul nativ de pe Windows 10, e mai OK).

Pentru a pregăti configurația de laborator, pe mașina virtuală (stația host) folosiți comenzile următoare din contul utilizatorului root de pe stația host (puteți da copy/paste la comenzi în terminal):
```
# ATENȚIE: update_lab nu funcționează de pe root, folosiți student inițial
student@host:~# update_lab --force
student@host:~# start_lab ip
```
Deschideți trei noi tab-uri în terminal (folosiți combinația de taste Ctrl+Shift+t), și conectați-vă, din nou, la mașina virtuală folosind comanda ssh de mai sus.
- De pe cele trei noi tab-uri, conectați-vă la cele trei containere (red, green și blue).
- Pentru o conectare mai ușoară puteți folosi aliasul go (ex. go red)

Pentru a vedea cum accesați stațiile red, green și blue (containere Docker configurate peste mașina virtuală VMware - stația host) urmăriți indicațiile din pagina cu instrucțiuni de utilizare a mașinii virtuale.

Conturile de acces la mașina virtuală (stația host) sunt (username:parola):

root:student
student:student

În mod implicit folosiți contul root pentru conectare pe toate stațiile. Aveți nevoie de drepturi privilegiate pentru configurare. Folosiți contul student doar unde vi se cere explicit.

Topologie

Navigare

Laboratorul 6

Exerciții

În cadrul exercițiilor din laboratoarele de Linux vom folosi topologia de mai sus.

01. [10p] Configurare și ștergere adrese IP

Dacă nu ați următit pașii de mai sus, rulați acum:

# ATENȚIE: update_lab nu funcționează de pe root, folosiți student inițial
student@host:~# update_lab --force
student@host:~# start_lab ip

Dorim, pentru început, să asigurăm conectivitate între stațiile host și red. În acest tutorial vom folosi suita iproute de pe Linux pentru a realiza configurările frecvente de nivel 3 (adresare IP).

Vom configura câte o adresă IP din clasa 192.168.0.0/24 pe interfețele de legătură dintre stația host și stația red. Adică între host(veth-red) (interfața veth-red de pe stația host) și red(red-eth0) (interfața red-eth0 de pe stația red).

Pe interfața veth-red de pe stația host vom configura adresa IP 192.168.0.1 cu masca 255.255.255.0 (/24 în forma prefixată):

root@host:~# ip address add 192.168.0.1/24 dev veth-red

Observați că suita iproute2 (adică utilitarul ip) folosește masca în format prefixat: /24.

Imediat după o configurare de rețea rulați o comandă pentru validarea configurării. În cazul nostru este comanda de afișare a configurării de nivel 3 (Rețea), adică a adresei IP:

root@host:~# ip address show dev veth-red
47: veth-red: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN qlen 1000
    link/ether 4e:1b:b8:d9:14:bb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.0.1/24 scope global veth-red

Pe interfața red-eth0 de pe stația red vom configura adresa IP 192.168.0.2 cu masca 255.255.255.0 (/24 în forma prefixată):

root@host:~# go red
[...]
root@red:~# ip address add 192.168.0.2/24 dev red-eth0
root@red:~# ip address show dev red-eth0
46: red-eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN qlen 1000
    link/ether 00:16:3e:8e:84:21 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.0.2/24 scope global eth0
    inet6 fe80::216:3eff:fe8e:8421/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

La fel, după o configurare de rețea, am rulat comanda de validare, în cazul acesta ip address.

Pentru a vă putea întoarce la consola stației host, puteți da exit (sau deschideți / folosiți alt terminal).

Pentru a testa conectivitatea între stațiile host și red folosim comanda ping:

root@host:~# ping 192.168.0.2
PING 192.168.0.2 (192.168.0.2) 56(84) bytes of data.
^C
--- 192.168.0.2 ping statistics ---
2 packets transmitted, 0 received, 100% packet loss, time 1007ms

După câteva secunde opriți comanda ping folosind combinația de taste Ctrl+c.

Observați că nu există conectivitatea între cele două stații: pachetele sunt pierdute în întregime (100% packet loss). Motivul este că nu am activat interfețele, ci doar am realizat configurații de nivel 3.

Urmăriți configurația de nivel 2 a interfețelor folosind comanda ip link:

root@host:~# ip link show dev veth-red
10: veth-red: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN qlen 1000
    link/ether 3e:03:f0:76:76:ab brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

Observați că interfața nu este activă la nivelul 2 (Legătură de date). Pentru a activa interfața folosiți comanda:

root@host:~# ip link set dev veth-red up

Urmăriți din nou configurația de nivel 2 (Legătură de date) a interfeței veth-red și observați că acum este parțial UP (apare și UP și DOWN în output-ul comenzii):

root@host:~# ip link show dev veth-red
10: veth-red: <NO_CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN qlen 1000
    link/ether 3e:03:f0:76:76:ab brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

Testați din nou conectivitatea folosiți comanda ping. În continuare nu există conectivitate. Acest lucru și faptul că apărea și DOWN în output-ul comenzii anterioare se datorează faptului că nu am activat interfața red-eth0 de pe stația red. Interfața red-eth0 de pe stația red este cea conectată la interfața veth-red de pe stația host; ambele trebuie să fie activate pentru a avea o conexiune activă.

Pe stația red verificați configuratia de nivel 2 a interfaței red-eth0 de pe red. Observați că este DOWN și activați interfața dacă este cazul, folosind comanda

root@red:~# ip link set dev red-eth0 up

Verificați că acum interfața este activă folosind comanda

root@red:~# ip link show dev red-eth0

Folosiți comanda ping ca să retestați conectivitatea între stațiile host și red.

Dorim să revenim la configurația inițială. Pentru acesta rulați o comandă de forma

# ip address flush dev INTERFACE

unde INTERFACE este interfața interfața veth-red pe stația host, respectiv red-eth0 pe stația red. Asigurați-vă că nu mai este configurată nicio adresă IP pe interfețe folosind o comandă de forma

# ip address show dev INTERFACE

unde INTERFACE este interfața interfața veth-red pe stația host, respectiv red-eth0 pe stația red.

02. [20p] Configurare adrese IP

Dorim să avem conectivitate între stația red și stația host, respectiv între stația green și stația host. Pentru aceasta, vom configura adrese IP pe fiecare.

Configurați câte o adresă IP din clasa 10.10.10.0/24 pe legătura dintre stația red și stația host (adică legătura red(red-eth0) ↔ host(veth-red)) și testați conectivitatea.

Configurați câte o adresă IP din clasa 10.10.20.0/24 pe legătura dintre stația green și stația host (adică legătura green(green-eth0) ↔ host(veth-green)) și testați conectivitatea.

Aveți în vedere să verificați nivelul Legătură de date folosind comanda ip link și să activați, la nevoie, interfețele.

03. [10p] Adresare IP și rutare

Dorim să realizăm conectivitate și între stațiile red și green. Întrucât cele două stații sunt în rețele locale diferite, va trebui să configurăm stația host ca default gateway pe fiecare stație.

Pentru a adăuga default gateway pe stația red folosiți comenzile:

root@host:~# go red
[...]
root@red:~# ip route add default via 10.10.10.1

După configurare (adăugarea rutei), validăm configurația cu o comandă specifică. În acest caz urmărim tabela de rutare folosind comanda:

root@red:~# ip route show
default via 10.10.10.1 dev red-eth0 
10.10.10.0/24 dev red-eth0  proto kernel  scope link  src 10.10.10.2

Adresa IP 10.10.10.1 reprezintă adresa IP a interfeței veth-red de pe stația host.

Intrați pe stația green și executați comenzile similar.

Testați conectivitatea, folosind ping între stațiile green și red. Observați că nu funcționează. Motivul pentru care nu există conectivitate este reprezentat de faptul că stația host nu are activată rutarea (nu trimite pachetele ce vin de pe o interfață pe altă interfață). Pentru a activa rutarea pe stația host, rulați comanda:

root@host:~# sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

Pentru a valida configurarea de activare a rutării, rulăm comanda:

root@host:~# sysctl net.ipv4.ip_forward
net.ipv4.ip_forward = 1

Testați din nou conectivitatea între red și green și observați că funcționează.

Porniți comanda ping de pe stația red către stația green. Deschideți un nou terminal și executați pe stația host comanda:

root@host:~# tcpdump -n -i veth-red
listening on veth-red, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes
18:46:48.783576 IP red.local > 10.10.20.2: ICMP echo request, id 434, seq 163, length 64
18:46:48.783622 IP 10.10.20.2 > red.local: ICMP echo reply, id 434, seq 163, length 64

Observați pachetele de tip ICMP echo request/reply care trec prin stația host (sau altfel zis stația host le rutează).

04. [20p] Configurare conectivitate completă

Dorim să asigurăm conectivitate completă între toate stațiile din topologie. Trebuie configurată corespunzător stația blue.

Configurați adrese IP din clasa 10.10.30.0/24 pe legătura dintre stația host și stația blue (adică între host(veth-blue) și blue(blue-eth0)).

Țineți cont să verificați legătura de nivel 2 folosind comanda ip link.

Testați conectivitatea între stația host și stația blue.

Pe stația blue configurați ca default gateway stația host, pentru a permite conectivitatea la celelalte stații.

Pe stația blue folosiți ca default gateway adresa IP de pe interfața veth-blue a stației host.

Testați conectivitatea între oricare două stații.

05. [10p] Tabela ARP

ARP (Address Resolution Protocol) este protocol care face intern fiecărui sistem de operare asocierea între adresele IP și adresele MAC ale stațiilor cu care comunică. De multe ori stațiile cunosc adresele IP ale vecinilor dar nu știu adresele MAC; protocolul ARP completează o tabelă ARP locală sistemului cu intrările necesare. Protocolul ARP este rulat implicit de sistemul de operare atunci când se comunică cu o stație a cărei adresă MAC nu este cunoscută.

Ne propunem să urmărim tabela ARP a unui sistem Linux.

Pe stația host urmăriți tabela ARP folosind comanda:

root@host:~# ip neighbor show
[...]

Este posibil ca tabela să fie goală (neexistând comunicație recentă) sau să aibă unele intrări (cele mai recente comunicații) sau intrările să fie marcate STALE (intrări nesigure).

Pentru a popula tabela ARP inițiați comunicație cu celelalte stații folosind comanda ping:

root@host:~# ping -c 1 10.10.10.2
PING 10.10.10.2 (10.10.10.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.10.10.2: icmp_req=1 ttl=64 time=0.033 ms
[...]
root@host:~# ping -c 1 10.10.20.2
PING 10.10.20.2 (10.10.20.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.10.20.2: icmp_req=1 ttl=64 time=0.036 ms
[...]
root@host:~# ping -c 1 10.10.30.2
PING 10.10.30.2 (10.10.30.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.10.30.2: icmp_req=1 ttl=64 time=0.080 ms
[...]

Urmăriți din nou tabela ARP:

root@host:~# ip neighbor show
10.10.10.2 dev veth-red lladdr 00:16:3e:8e:84:21 REACHABLE
10.10.20.2 dev veth-green lladdr 00:16:3e:d1:b2:95 REACHABLE
10.10.30.2 dev veth-blue lladdr 00:16:3e:32:0f:ae REACHABLE
10.8.0.1 dev eth0 lladdr 0a:00:27:00:00:00 REACHABLE

Observați că fiecare stație (red, green și blue) are câte o intrare aferentă în tabela ARP marcată cu REACHABLE (intrare validă). Intrarea suplimentară este comunicarea mașinii virtuale (stației host) cu sistemul fep.grid.pub.ro.

Realizați pașii de mai sus pentru fiecare dintre stațiile red, green și blue:

Urmăriți tabela ARP.
Inițiați comunicație cu celelalte stații pentru a popula tabela ARP.
Urmăriți din nou tabela ARP.

Observați că în tabela ARP a fiecăreia dintre stațiile red, green și blue se găsește câte o intrare ARP, corespunzătoare stației host. Aceasta se întâmplă întrucât comunicațiile trec prin default gateway (adică prin stația host) iar fiecare stație trebuie să cunoască doar adresa MAC a gateway-ului.

06. [10p] Depanare problemă de configurare adresă IP

Rulați scriptul de pregătire cu noul argument ex6:

root@host:~# start_lab ip ex6

În urma rulării scriptului a fost repornită stația red și au fost refăcute configurațiile. Va trebui să vă reconectați pe stația red folosind comanda:

root@host:~# go red

Scriptul configurează adresa IP 7.7.7.1 pe interfața veth-red a stației host și adresa IP 7.7.7.2 pe interfața red-eth0 a stației red. Pentru a afișa configurația IP pe cele două interfețe folosiți comenzile:

root@host:~# ip address show veth-red
47: veth-red: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether 4e:1b:b8:d9:14:bb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 7.7.7.1/32 scope global veth-red

root@red:~# ip address show red-eth0
46: red-eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether 00:16:3e:8e:84:21 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 7.7.7.2/24 scope global red-eth0
    inet6 fe80::216:3eff:fe8e:8421/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

Folosiți comanda ping pentru a testa conectivitatea între cele două adrese IP (7.7.7.1 și 7.7.7.2) pe cele două stații. Observați ca nu există conectivitate.

Pentru a depana această problemă, urmărim tabela de rutare a fiecărei stații:

root@red:~# ip r s
default via 7.7.7.1 dev red-eth0 
7.7.7.0/24 dev red-eth0 proto kernel scope link src 7.7.7.2

root@host:~# ip r s
default via 10.9.0.1 dev eth0 
10.9.0.0/16 dev eth0 proto kernel scope link src 10.9.3.210 
169.254.169.254 via 10.9.0.100 dev eth0 
192.168.2.0/24 dev veth-green proto kernel scope link src 192.168.2.1 
192.168.3.0/24 dev veth-blue proto kernel scope link src 192.168.3.1

Observați că pe host nu apare ruta relevantă (7.7.7.0/24) în tabela de rutare. Fie interfața este dezactivată, fie configurația este greșită. Uitați-vă cu atenție la informațiile de nivel 3:

root@host:~# ip address show veth-red
47: veth-red: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether 4e:1b:b8:d9:14:bb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 7.7.7.1/32 scope global veth-red

root@red:~# ip address show red-eth0
46: red-eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether 00:16:3e:8e:84:21 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 7.7.7.2/24 scope global red-eth0
    inet6 fe80::216:3eff:fe8e:8421/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

Putem observa că interfețele sunt active (UP). Însă una dintre aceaste adrese (7.7.7.1) are masca /32. Acest lucru înseamnă că nu pot comunica în rețea unele cu altele și explică și absența rutei relevante din tabela de rutare.

Repararea acestei greșeli se face prin adăugarea adresei IP cu masca corectă 7.7.7.1/24 pe interfața veth-red de pe host. Verificați că aveți conectivitate între host și red.

Nu uitați să ștergeți adresa greșită folosind comanda ip address delete 7.7.7.1/32 dev veth-red. Dacă nu ștergeți adresa greșită veți avea 2 adrese IP pe interfață, una cu masca /24 și alta cu mască /32

O greșeală relativ frecventă în configurarea adresei IP în Linux este omiterea măștii de rețea. Aveți în vedere să nu omiteți masca în momentul în care configurați adrese IP pe interfețe în Linux.

Listarea tabelei de rutare a unei stații este printre primii pași care trebuie urmați pentru depanarea unei probleme de conectivitate.

07. [10p] Depanare problemă de conectivitate

Ne propunem să depanăm o problemă de conectivitate. Pentru a “genera” problema rulați scriptul de pregătire cu noul argument ex7:

root@host:~# start_lab ip ex7

Pentru depanare, primul pas recomandat este afișarea tabelei de rutare. Tabela de rutare vă va ajuta pentru depanare în cazul în care anumite intrări sunt absente sau configurate greșit.

Verificați conectivitatea între toate stațiile din topologie. Observați că nu există conectivitate între nici o stație și stația blue. Rezolvați problemele de conectivitate la stația blue de pe stația host.

Identificați și soluționați problemele.

08. [10p] IPv6

Dorim să asigurăm conectivitate IPv6 între stația host și red. În acest tutorial vom folosi suita iproute din Linux pentru a realiza configurările necesare. Folosiți parametrul -6 pentru a face setările aferente IPv6.

Vom configura câte o adresă IP din clasa 2201::/64 pe interfețele de legătură dintre stația host și stația red. Adică între host(veth-red) (interfața veth-red de pe stația host) și red(red-eth0) (interfața red-eth0 de pe stația red).

Pe interfața veth-red de pe stația host vom configura adresa IP 2201::1/64

root@host:~# ip -6 address add 2201::1/64 dev veth-red

Imediat după o configurare de rețea rulați o comandă pentru validarea configurării. În cazul nostru este comanda de afișare a adresei IPv6:

root@host:~# ip -6 address show dev veth-red
47: veth-red: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 state UP qlen 1000
    inet6 2201::1/64 scope global
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::215:5dff:fe5b:a38e/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

Pe interfața red-eth0 de pe stația red vom configura adresa IP 2201::2/64:

Configurați pe legătura host-blue adrese IPv6 din rețeaua 2202::/64 și pe legătura host-green adrese IPv6 din rețeaua 2203::/64.

Activați rutarea pentru IPv6 pe stația host:

root@host:~# sysctl -w net.ipv6.conf.all.forwarding=1

De asemenea, trebuie să adăugați rute default pe red, green și blue, către host.

Verificați conectivitatea între containere folosind comanda ping

09. [BONUS - 10p] Configurare persistentă

Dorim ca la o reponire a unei stații configurațiile de nivel 3 (adresele IP) să se păstreze. Configurările pe care le-am făcut până acum sunt temporare și sunt pierdute la repornirea stației. În Linux, persistența configurațiilor se realizează prin plasarea acestora în fișiere text specifice, fiecare distribuție (ex.: Debian, RedHat) având propriul mod de configurare.

Pentru a pregăti exercițiul, rulați scriptul de pregătire:

root@host:~# start_lab ip ex9
root@host:~# ip address flush dev veth-red

Realizați persistent configurația de la exercițiul 08. [10p] IPv6 (adrese IP și default gateway) pentru host. Distribuția de Linux folosită în laborator este Debian-based.

Pentru detalii despre cum puteți face configurații persistent pe sisteme Debian, consultați această pagină. Veți realiza o configurație statică.

După ce ați realizat configurațiile necesare pentru red, executați pe host:

ifdown veth-red
ifup veth-red

Observați că la executarea comenzii ifup interfața a preluat configurările din fișier.

Configurați sistemul astfel încât rutarea să fie activată la pornirea sistemului.

Pentru informații legate de activarea rutării, consultați această pagină.

Reporniți mașina virtuală (stația host), folosind comanda:

root@host:~# reboot

După repornire ar trebui să aveți configurațiile activate și conectivitate completă la nivelul topologiei.

Navigare

Laboratorul 6