「TCP/IP」の版間の差分

2022年2月21日 (月) 13:38時点における版

TCP/IP

ip address show

inet の後がIPアドレス
lo,ens3 はネットワークインターフェース（NICや無線LANアダプタなどを抽象化)
IPアドレスはネットワークインターフェースに付与される
127.0.0.1はループバックアドレスで、自分自身を表す
ループバックアドレスが付与されているインターフェースはループバックインターフェース

$ ip address show
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    link/ether 52:54:00:97:68:97 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.122.243/24 brd 192.168.122.255 scope global dynamic ens3
       valid_lft 3189sec preferred_lft 3189sec
    inet6 fe80::5054:ff:fe97:6897/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

tcpdump パケットキャプチャ

-t : 時刻情報出力抑制
-n : IP逆引きしない
-i :　対象インターフェースを指定 anyで全て
icmp : icmp プロトコルに限定

$ sudo tcpdump -tn -i any icmp
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on any, link-type LINUX_SLL (Linux cooked v1), capture size 262144 bytes
IP 192.168.122.243 > 8.8.8.8: ICMP echo request, id 2, seq 1, length 64
IP 8.8.8.8 > 192.168.122.243: ICMP echo reply, id 2, seq 1, length 64
IP 192.168.122.243 > 8.8.8.8: ICMP echo request, id 2, seq 2, length 64
IP 8.8.8.8 > 192.168.122.243: ICMP echo reply, id 2, seq 2, length 64

traceroute

パケット通過ルーター
TTL　:　0-255と解釈される値が入りパケット送出時にノードが初期値を設定、ルーター追加ごとに1つづつ値が減る。経路で値が0になるとルーターにより破棄されるが、この時ルーターは、ICMPで時間切れメッセージを送信元に送る
　TTLにあえて小さな値を設定し、TTLを1つづつ増やしたパケットを送信、時間切れをおこした通知を組み立てる
　時間切れを通知しないルーター設定は、*　となる

$ traceroute typea.info
traceroute to typea.info (160.16.110.88), 64 hops max
  1   192.168.122.1  0.343ms  0.288ms  0.301ms 
  2   192.168.0.1  0.694ms  0.492ms  0.487ms 
  3   210.173.146.32  4.710ms  4.013ms  3.784ms 
  4   210.173.145.69  3.968ms  4.044ms  4.072ms 
  5   210.173.150.97  3.557ms  4.091ms  3.896ms 
  6   210.171.224.113  9.550ms  7.866ms  8.150ms 
  7   *  *  * 
  8   *  *  * 
  9   *  *  * 
 10   *  *  * 
 11   160.16.110.88  11.148ms  12.124ms  12.150ms

ip route show ルーティングテーブル

複数のルーティングエントリから構成(それぞれの行)
　先頭に宛先のIPアドレス
　宛先に続くのがネクストホップ(パケットを次に渡す相手)

$ ip route show
default via 192.168.122.1 dev ens3 proto dhcp src 192.168.122.243 metric 100 
192.168.122.0/24 dev ens3 proto kernel scope link src 192.168.122.243 
192.168.122.1 dev ens3 proto dhcp scope link src 192.168.122.243 metric 100

IPアドレス

32bitの前半をネットワーク部(ネットワークアドレス)、後半をホスト部(ホストアドレス)
192.0.2.1/24 24bitで分割 ->　ネットワーク部 192.0.2.0、ホスト部 .1
ネットワーク部は、ネットワークセグメントを表す、同じなら同じセグメントに属する
192.0.2.1/24 この書き方はCIDR表記と呼ばれる
サブネット表記では、255.255.255.0

Network Namespace

ip netns add テンプレート:名前で新しいNetwork　Namespaceを作成できる
ip netns delete テンプレート:名前で削除

$ sudo ip netns add helloworld
$ ip netns list
helloworld

ip nets exec
- 指定したNetwork　Namespace環境でコマンドを実行

$ sudo ip netns exec helloworld ip address show
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

Network Namespaceでシェルも起動できる

$ sudo ip netns exec helloworld bash

ネットワークを作成して接続

2つのNetwork Namespaceを作成

$ sudo ip netns add ns1
$ sudo ip netns add ns2

接続するには、veth（Virtual Ethernet Device)を作成
Nework Namespaceに所属させる

$ sudo ip link add ns1-veth0 type veth peer name ns2-veth0
$ sudo ip link set ns1-veth0 netns ns1
$ sudo ip link set ns2-veth0 netns ns2

確認

$ sudo ip netns exec ns1 ip link show
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
4: ns1-veth0@if3: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether ca:f0:3b:a9:2a:eb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns ns2

IPアドレスを付与

$ sudo ip netns exec ns1 ip address add 192.0.2.1/24 dev ns1-veth0
$ sudo ip netns exec ns2 ip address add 192.0.2.2/24 dev ns2-veth0

確認

$ sudo ip netns exec ns1 ip address show
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
4: ns1-veth0@if3: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether ca:f0:3b:a9:2a:eb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns ns2
    inet 192.0.2.1/24 scope global ns1-veth0
       valid_lft forever preferred_lft forever

vethを有効化

$ sudo ip netns exec ns1 ip link set ns1-veth0 up
$ sudo ip netns exec ns2 ip link set ns2-veth0 up

疎通

$ sudo ip netns exec ns1 ping 192.0.2.2 -c 3
PING 192.0.2.2 (192.0.2.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.0.2.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.334 ms
64 bytes from 192.0.2.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.101 ms
64 bytes from 192.0.2.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.091 ms

--- 192.0.2.2 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2051ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.091/0.175/0.334/0.112 ms

ルーターを介したネットワーク

Network Namespaceの構成

$ sudo ip netns add ns1
$ sudo ip netns add router
$ sudo ip netns add route2
$ sudo ip netns add ns2

それぞれのNetwork　Namespaceを繋ぐvethインターフェースを作成

$ sudo ip link add ns1-veth0 type veth peer name gw-veth0
$ sudo ip link add ns2-veth0 type veth peer name gw-veth1

vethをNetwork　Namespaceに属させる

$ sudo ip link set ns1-veth0 netns ns1
$ sudo ip link set gw-veth0 netns router
$ sudo ip link set gw-veth1 netns router
$ sudo ip link set ns2-veth0 netns ns2

vethをup

$ sudo ip netns exec ns1 ip link set ns1-veth0 up
$ sudo ip netns exec router ip link set gw-veth0 up
$ sudo ip netns exec router ip link set gw-veth1 up
$ sudo ip netns exec ns2 ip link set ns2-veth0 up

IPアドレスを付与

$ sudo ip netns exec ns1 ip address add 192.0.2.1/24 dev ns1-veth0
$ sudo ip netns exec router ip address add 192.0.2.254/24 dev gw-veth0
$ sudo ip netns exec router ip address add 198.51.100.254/24 dev gw-veth1
$ sudo ip netns exec ns2 ip address add 198.51.100.1/24 dev ns2-veth0

セグメント内の通信

ns1 と ns2それぞれから、rouer にping

$ sudo ip netns exec ns1 ping -c 3 192.0.2.254
PING 192.0.2.254 (192.0.2.254) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.0.2.254: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.362 ms
64 bytes from 192.0.2.254: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.102 ms
64 bytes from 192.0.2.254: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.108 ms

--- 192.0.2.254 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2049ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.102/0.190/0.362/0.121 ms
$ sudo ip netns exec ns2 ping -c 3 198.51.100.254
PING 198.51.100.254 (198.51.100.254) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 198.51.100.254: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.314 ms
64 bytes from 198.51.100.254: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.106 ms
64 bytes from 198.51.100.254: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.110 ms

--- 198.51.100.254 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2051ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.106/0.176/0.314/0.097 ms

セグメントはこえられない

$ sudo ip netns exec ns1 ping -c 3 198.51.100.1
ping: connect: Network is unreachable

ルーティングテーブルの確認と設定

確認
自身のセグメントしか表示されない

$ sudo ip netns exec ns1 ip route show
192.0.2.0/24 dev ns1-veth0 proto kernel scope link src 192.0.2.1

デフォルトルート(他の宛先に一致しない場合)を追加、routerに向ける

$ sudo ip netns exec ns1 ip route add default via 192.0.2.254

追加された

$ sudo ip netns exec ns1 ip route show
default via 192.0.2.254 dev ns1-veth0 
192.0.2.0/24 dev ns1-veth0 proto kernel scope link src 192.0.2.1

ns2にも同様に

$ sudo ip netns exec ns2 ip route add default via 198.51.100.254

ns1 から ns2 へ再度 ping
エラーとはならないが、パケットロス100%

$ sudo ip netns exec ns1 ping -c 3 198.51.100.1
PING 198.51.100.1 (198.51.100.1) 56(84) bytes of data.

--- 198.51.100.1 ping statistics ---
3 packets transmitted, 0 received, 100% packet loss, time 2039ms

以下の設定を実施
sysctlでカーネルパラメータを設定(net.ipv4.ip_forward = 1 ルーターとして動作するかを設定）

$ sudo ip netns exec router sysctl net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.ip_forward = 1

ルーターを介した接続成功

$ sudo ip netns exec ns1 ping -c 3 198.51.100.1
PING 198.51.100.1 (198.51.100.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 198.51.100.1: icmp_seq=1 ttl=63 time=0.208 ms
64 bytes from 198.51.100.1: icmp_seq=2 ttl=63 time=0.114 ms
64 bytes from 198.51.100.1: icmp_seq=3 ttl=63 time=0.134 ms

--- 198.51.100.1 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2032ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.114/0.152/0.208/0.040 ms

ルーターを増やす

　これまでの設定を削除

$ sudo ip --all netns delete
$ sudo ip netns ls

Network Namespace作成

$ sudo ip netns add ns1
$ sudo ip netns add router1
$ sudo ip netns add router2
$ sudo ip netns add ns2

veth作成

$ sudo ip link add ns1-veth0 type veth peer name gw1-veth0
$ sudo ip link add gw1-veth1 type veth peer name gw2-veth0
$ sudo ip link add gw2-veth1 type veth peer name ns2-veth0

vethを所属させる

$ sudo ip link set ns1-veth0 netns ns1
$ sudo ip link set gw1-veth0 netns router1
$ sudo ip link set gw1-veth1 netns router1
$ sudo ip link set gw2-veth0 netns router2
$ sudo ip link set gw2-veth1 netns router2
$ sudo ip link set ns2-veth0 netns ns2

up

$ sudo ip netns exec ns1 ip link set ns1-veth0 up
$ sudo ip netns exec router1 ip link set gw1-veth0 up
$ sudo ip netns exec router1 ip link set gw1-veth1 up
$ sudo ip netns exec router2 ip link set gw2-veth0 up
$ sudo ip netns exec router2 ip link set gw2-veth1 up
$ sudo ip netns exec ns2 ip link set ns2-veth0 up

IP設定

$ sudo ip netns exec ns1 ip address add 192.0.2.1/24 dev ns1-veth0
$ sudo ip netns exec router1 ip address add 192.0.2.254/24 dev gw1-veth0
$ sudo ip netns exec router1 ip address add 203.0.113.1/24 dev gw1-veth1
$ sudo ip netns exec router2 ip address add 203.0.113.2/24 dev gw2-veth0
$ sudo ip netns exec router2 ip address add 198.51.100.254/24 dev gw2-veth1
$ sudo ip netns exec ns2 ip address add 198.51.100.1/24 dev ns2-veth0

ns1,ns2 のデフォルトルートをルーターに向ける

$ sudo ip netns exec ns1 ip route add default via 192.0.2.254
$ sudo ip netns exec ns2 ip route add default via 198.51.100.254

router1,route2のカーネルオプションを設定しルーターにする

$ sudo ip netns exec router1 sysctl net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.ip_forward = 1
$ sudo ip netns exec router2 sysctl net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.ip_forward = 1

ns1から、ns2へpingを流すと、routeｒ1からパケットを届けることができなかったメッセージが帰る

$ sudo ip netns exec ns1 ping -c 3 198.51.100.1
PING 198.51.100.1 (198.51.100.1) 56(84) bytes of data.
From 192.0.2.254 icmp_seq=1 Destination Net Unreachable
From 192.0.2.254 icmp_seq=2 Destination Net Unreachable
From 192.0.2.254 icmp_seq=3 Destination Net Unreachable

--- 198.51.100.1 ping statistics ---
3 packets transmitted, 0 received, +3 errors, 100% packet loss, time 2025ms

ルーターにもルーティングエントリを追加

$ sudo ip netns exec router1 ip route add 198.51.100.0/24 via 203.0.113.2
$ sudo ip netns exec router2 ip route add 192.0.2.0/24 via 203.0.113.1

ns1から、ns2へpingが通るようになった

$ sudo ip netns exec ns1 ping -c 3 198.51.100.1
PING 198.51.100.1 (198.51.100.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 198.51.100.1: icmp_seq=1 ttl=62 time=0.093 ms
64 bytes from 198.51.100.1: icmp_seq=2 ttl=62 time=0.158 ms
64 bytes from 198.51.100.1: icmp_seq=3 ttl=62 time=0.155 ms

--- 198.51.100.1 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2030ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.093/0.135/0.158/0.029 ms

ルーティング

手動でルーティングエントリを追加する方式：静的経路制御(スタティックルーティング)
ルーター同士が自律的に自身が知っているルーティング情報を教え合う方式：動的経路制御(ダイナミックルーティング)
ルーティング情報交換プロトコル：BGP(Border Gateway Protocol)やOSPF(Open Shortest Path First)

イーサネット

OSI参照モデルでは、データリンク層と物理層に対応、IPの下の階層
OSI参照モデルや、TCP/IPの階層構造を下から番号を振って呼ぶことがある例えば、IPなら下から3番目のためレイヤー3、イーサネットは一般的にレイヤー2と見做される
イーサネットはIPを含む上位プロトコルのデータを運ぶ
イーサネットではデータを運ぶ1単位をフレーム（Frame)という
フレームの送信元、送信先の管理に使われるのが、MACアドレスとなり、イーサネットのフレームを受信する機器ごとに付与される
MACアドレスは、48ビット空間(上位24ビットは製造ベンダー、下位24ビットはベンダーが一意になるよう割り振る)を持った整数値で、原則的には全世界で一意
MACアドレスの一意性は厳しくなく、仮想マシンのハイパーバイザーが動的に割り振ると、重複の可能性があるが、ブロードキャストドメインの中で重複しなければ問題ない

Network Namespaceの作成

$ sudo ip netns add ns1
$ sudo ip netns add ns2

vethインターフェースの作成

$ sudo ip link add ns1-veth0 type veth peer name ns2-veth0

インターフェースを所属させ、up

$ sudo ip link set ns1-veth0 netns ns1
$ sudo ip link set ns2-veth0 netns ns2
$ sudo ip netns exec ns1 ip link set ns1-veth0 up
$ sudo ip netns exec ns2 ip link set ns2-veth0 up

IPアドレスの設定

$ sudo ip netns exec ns1 ip address add 192.0.2.1/24 dev ns1-veth0
$ sudo ip netns exec ns2 ip address add 192.0.2.2/24 dev ns2-veth0

MACアドレスの設定

$ sudo ip netns exec ns1 ip link set dev ns1-veth0 address 00:00:5E:00:53:01
$ sudo ip netns exec ns2 ip link set dev ns2-veth0 address 00:00:5E:00:53:02

確認

$ sudo ip netns exec ns1 ip link show | grep "link/ether"
    link/ether 00:00:5e:00:53:01 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns ns2
$ sudo ip netns exec ns2 ip link show | grep "link/ether"
    link/ether 00:00:5e:00:53:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns ns1

別ターミナルから、パケットキャプチャ準備

$ sudo ip netns exec ns1 tcpdump -tnel -i ns1-veth0 icmp
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on ns1-veth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes

ns1 から ns2　へping

$ sudo ip netns exec ns1 ping -c 3 192.0.2.2
PING 192.0.2.2 (192.0.2.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.0.2.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.461 ms
64 bytes from 192.0.2.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.196 ms
64 bytes from 192.0.2.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.187 ms

--- 192.0.2.2 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2004ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.187/0.281/0.461/0.127 ms

ダンプの内容を確認

$ sudo ip netns exec ns1 tcpdump -tnel -i ns1-veth0 icmp
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on ns1-veth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
00:00:5e:00:53:01 > 00:00:5e:00:53:02, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.1 > 192.0.2.2: ICMP echo request, id 37038, seq 1, length 64
00:00:5e:00:53:02 > 00:00:5e:00:53:01, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.2 > 192.0.2.1: ICMP echo reply, id 37038, seq 1, length 64
00:00:5e:00:53:01 > 00:00:5e:00:53:02, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.1 > 192.0.2.2: ICMP echo request, id 37038, seq 2, length 64
00:00:5e:00:53:02 > 00:00:5e:00:53:01, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.2 > 192.0.2.1: ICMP echo reply, id 37038, seq 2, length 64
00:00:5e:00:53:01 > 00:00:5e:00:53:02, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.1 > 192.0.2.2: ICMP echo request, id 37038, seq 3, length 64
00:00:5e:00:53:02 > 00:00:5e:00:53:01, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.2 > 192.0.2.1: ICMP echo reply, id 37038, seq 3, length 64

どうやって、MACアドレスを知るのか？一旦、MACアドレスのキャッシュをクリア

$ sudo ip netns exec ns1 ip neigh flush all

icmp だけでなく、arpもダンプ対象に加える

$ sudo ip netns exec ns1 tcpdump -tnel -i ns1-veth0 icmp or arp

再度ping

$ sudo ip netns exec ns1 tcpdump -tnel -i ns1-veth0 icmp or arp
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on ns1-veth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
00:00:5e:00:53:01 > ff:ff:ff:ff:ff:ff, ethertype ARP (0x0806), length 42: Request who-has 192.0.2.2 tell 192.0.2.1, length 28
00:00:5e:00:53:02 > 00:00:5e:00:53:01, ethertype ARP (0x0806), length 42: Reply 192.0.2.2 is-at 00:00:5e:00:53:02, length 28
00:00:5e:00:53:01 > 00:00:5e:00:53:02, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.1 > 192.0.2.2: ICMP echo request, id 37051, seq 1, length 64
00:00:5e:00:53:02 > 00:00:5e:00:53:01, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.2 > 192.0.2.1: ICMP echo reply, id 37051, seq 1, length 64
00:00:5e:00:53:01 > 00:00:5e:00:53:02, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.1 > 192.0.2.2: ICMP echo request, id 37051, seq 2, length 64
00:00:5e:00:53:02 > 00:00:5e:00:53:01, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.2 > 192.0.2.1: ICMP echo reply, id 37051, seq 2, length 64
00:00:5e:00:53:01 > 00:00:5e:00:53:02, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.1 > 192.0.2.2: ICMP echo request, id 37051, seq 3, length 64
00:00:5e:00:53:02 > 00:00:5e:00:53:01, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.0.2.2 > 192.0.2.1: ICMP echo reply, id 37051, seq 3, length 64
00:00:5e:00:53:02 > 00:00:5e:00:53:01, ethertype ARP (0x0806), length 42: Request who-has 192.0.2.1 tell 192.0.2.2, length 28
00:00:5e:00:53:01 > 00:00:5e:00:53:02, ethertype ARP (0x0806), length 42: Reply 192.0.2.1 is-at 00:00:5e:00:53:01, length 28

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「TCP/IP」の版間の差分

2022年2月21日 (月) 13:38時点における版

目次

TCP/IP

ip address show

tcpdump パケットキャプチャ

traceroute

ip route show ルーティングテーブル

IPアドレス

Network Namespace

ネットワークを作成して接続

2つのNetwork Namespaceを作成

IPアドレスを付与

vethを有効化

ルーターを介したネットワーク

Network Namespaceの構成

セグメント内の通信

ルーティングテーブルの確認と設定

ルーターを増やす

Network Namespace作成

IP設定

ルーターにもルーティングエントリを追加

ルーティング

イーサネット

Network Namespaceの作成

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