TCP/IP
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TCP/IP
ipコマンド
基礎1
| オブジェクト | 別名（省略形） | 意味 |
| link | l | ネットワークデバイス |
| addr | a、address | ネットワークデバイスのIPアドレス |
| addrlabel | addrl | アドレスラベル |
| route | r | ルーティングテーブルのエントリー |
| rule | rul | ルーティングポリシーデータベースに登録されているルール |
| neigh | n、neighbour | 近傍キャッシュエントリ（ARPまたはNDISCキャッシュエントリ） |
| ntable | nt、ntb | 近傍キャッシュの管理テーブル |
| tunnel | t | IPトンネル |
| tuntap | tu | トンネルデバイス |
| maddr | m、ma、mad | マルチキャストアドレス |
| mroute | mr | マルチキャストルーティングのキャッシュエントリ |
| mrule | mru | マルチキャストルーティングポリシーデータベースに登録されているルール |
| monitor | mon | ネットリンクメッセージの監視 |
| xfrm | x、xf | IPsecポリシー |
| netns | net | ネットワーク名前空間 |
| l2tp | l2 | L2TPv3（レイヤー2トンネリングプロトコル） |
| tcp_metrics | tcp_m、tcp_metrics、tcpm | TCPメトリック |
| token | tok | トークン |
基礎2
基礎3
応用
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
$ 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
ブリッジ
- スイッチングハブを利用すると複数のネットワーク機器を同じブロードキャストドメインに接続できる
- スイッチングハブを一般化した用語がブリッジ
- ブリッジはデータリンク層でフレームを転送する
- ブリッジは自身のどのポートにどのMACアドレスの機器が接続されているかMACアドレステーブルを用いて管理する
- Linuxにはブリッジの実装として、ネットワークブリッジという機能がある
- Network Namespaceを作成
$ sudo ip netns add ns1 $ sudo ip netns add ns2 $ sudo ip netns add ns3 $ sudo ip netns add bridge
- veth作成
$ sudo ip link add ns1-veth0 type veth peer name ns1-br0 $ sudo ip link add ns2-veth0 type veth peer name ns2-br0 $ sudo ip link add ns3-veth0 type veth peer name ns3-br0
- 所属させる
$ sudo ip link set ns1-veth0 netns ns1 $ sudo ip link set ns2-veth0 netns ns2 $ sudo ip link set ns3-veth0 netns ns3 $ sudo ip link set ns1-br0 netns bridge $ sudo ip link set ns2-br0 netns bridge $ sudo ip link set ns3-br0 netns bridge
- up
$ sudo ip netns exec ns1 ip link set ns1-veth0 up $ sudo ip netns exec ns2 ip link set ns2-veth0 up $ sudo ip netns exec ns3 ip link set ns3-veth0 up $ sudo ip netns exec bridge ip link set ns1-br0 up $ sudo ip netns exec bridge ip link set ns3-br0 up $ sudo ip netns exec bridge ip link set ns3-br0 up
- Ip
$ 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 $ sudo ip netns exec ns3 ip address add 192.0.2.3/24 dev ns3-veth0
- bridge
$ sudo ip netns exec bridge ip link add dev br0 type bridge $ sudo ip netns exec bridge ip link set br0 up
- ブリッジに接続
$ sudo ip netns exec bridge ip link set ns1-br0 master br0 $ sudo ip netns exec bridge ip link set ns2-br0 master br0 $ sudo ip netns exec bridge ip link set ns3-br0 master br0
- ping : ns1 -> ns2
$ 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=0.496 ms 64 bytes from 192.0.2.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.139 ms 64 bytes from 192.0.2.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.141 ms --- 192.0.2.2 ping statistics --- 3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2034ms rtt min/avg/max/mdev = 0.139/0.258/0.496/0.167 ms
- ping : ns1 -> ns3
- ネットワークブリッジを介して3つのNetwork Namespaceが同じセグメントにつながった
$ sudo ip netns exec ns1 ping -c 3 192.0.2.3 PING 192.0.2.3 (192.0.2.3) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.0.2.3: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.262 ms 64 bytes from 192.0.2.3: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.138 ms 64 bytes from 192.0.2.3: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.138 ms --- 192.0.2.3 ping statistics --- 3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2035ms rtt min/avg/max/mdev = 0.138/0.179/0.262/0.058 ms
トランスポート層プロトコル
ポート
- OSが自動で割り当てるポートをエフェメラルポートという
- 0~1023(システムポート、またはウェルノウンポート)
- 1024~49151(ユーザポート、またはレジスタードポート)
- 49152~65535(ダイナミックポート、またはプライベートポート)
UDP
nc(netcat)コマンド
- ループバックアドレスを使って、UDPの54321番ポートで、ncコマンドが通信を待ち受け
$ nc -ulnv 127.0.0.1 54321 Bound on 127.0.0.1 54321
- クライアントから接続してメッセージ
$ nc -u 127.0.0.1 54321 Hello World!
- サーバーで確認
- 54928 は、エフェメラルポート
$ nc -ulnv 127.0.0.1 54321 Bound on 127.0.0.1 54321 Connection received on 127.0.0.1 54928 Hello World!
- 別ターミナルから、tcpdumpでやり取りを確認
- パケットのペイロードはUDPダイアグラム
$ sudo tcpdump -i lo -tnlA "udp and port 54321" tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes IP 127.0.0.1.54928 > 127.0.0.1.54321: UDP, length 13 E..)~.@.@..............1...(Hello World!
TCP
- UDP同様アプリケーションをポートで区別
- データ到達確認
- 破棄された場合、再送
- データ到着順が入れ替わっても正しく並べ替え
- HTTPやSMTPなど数多くのプロトコルの下位プロトコル
- TCPでデータをやり取りする単位をセグメントという
- TCPパケットフォーマット
TCPコネクションの確立
- サーバー
$ nc -lnv 127.0.0.1 54321 Listening on 127.0.0.1 54321 Connection received on 127.0.0.1 53332
- キャプチャ
sudo tcpdump -i lo -tnla "tcp and port 54321"
- クライアント
$ nc 127.0.0.1 54321
- クライアント接続で以下のダンプ
- TCPでやり取りを始める場合、以下のように3つのセグメントをやり取りする、このやり取りをスリーウェイハンドシェイクという
- スリーウェイハンドシェイクが完了するとTCPコネクションが確立されたとみなされる
- TCPセグメントを受信した側はACKの立ったセグメントを送り返すことで示す
- 送信側はACKセグメントが返ってこない場合、同じセグメントを何度か送り直す
- Flagsの後の[]に囲まれた内容、S:SYN (synchronize sequence numbers), .:ACK(Acknowledgement field sgnificant) を表す
- シーケンス番号はTCPがデータの順序を管理するのに利用するフィールド
$ sudo tcpdump -i lo -tnla "tcp and port 54321" tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes IP 127.0.0.1.53332 > 127.0.0.1.54321: Flags [S], seq 478701324, win 65495, options [mss 65495,sackOK,TS val 3420633304 ecr 0,nop,wscale 7], length 0 IP 127.0.0.1.54321 > 127.0.0.1.53332: Flags [S.], seq 795900871, ack 478701325, win 65483, options [mss 65495,sackOK,TS val 3420633304 ecr 3420633304,nop,wscale 7], length 0 IP 127.0.0.1.53332 > 127.0.0.1.54321: Flags [.], ack 1, win 512, options [nop,nop,TS val 3420633304 ecr 3420633304], length 0
通信
- クライアントからメッセージ送信
$ nc 127.0.0.1 54321 Hello World
- サーバー側
$ nc -lnv 127.0.0.1 54321 Listening on 127.0.0.1 54321 Connection received on 127.0.0.1 53408 Hello World
- Dump
- セグメントの末尾に送信文字列が含まれている
- 文字列を送っているセグメントには、Pというコントロールビットのフラグが立っている。これは、PSHで、Push Functionの略
- サーバーからクライアントに送られているセグメントはデータを受け取ったことを伝えているackの後ろの数字は不足なく受け取れた最後のシーケンス番号(実際の値ではなく相対値)
$ sudo tcpdump -i lo -tnlA "tcp and port 54321" tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes IP 127.0.0.1.53408 > 127.0.0.1.54321: Flags [P.], seq 3792056963:3792056975, ack 4147605678, win 512, options [nop,nop,TS val 3677326932 ecr 3677294810], length 12 E..@..@.@.!%...........1..2..7p......4..... ./.T./..Hello World IP 127.0.0.1.54321 > 127.0.0.1.53408: Flags [.], ack 12, win 512, options [nop,nop,TS val 3677326932 ecr 3677326932], length 0 E..4..@.@.^..........1...7p...2......(..... ./.T./.T
アプリケーション層プロトコル
- 無数に存在
- HTTP
- DNS
- DHCP
- など
HTTP
$ mkdir http-home $ cd http-home $ cat << 'EOF' > index.html > <!doctype html> > <html> > <head> > <title>Hello, World</title> > </head> > <body> > <h1>Hello, World</h1> > </body> > </html> > EOF
HTTPサーバー
PythonのHTTPサーバーを起動
$ sudo python3 -m http.server -b 127.0.0.1 80 Serving HTTP on 127.0.0.1 port 80 (http://127.0.0.1:80/) ...
ncコマンドをブラウザとしてアクセス
$ echo -en "GET / HTTP/1.0\r\n\r\n" | nc 127.0.0.1 80
HTTP/1.0 200 OK
Server: SimpleHTTP/0.6 Python/3.8.10
Date: Wed, 13 Apr 2022 11:56:03 GMT
Content-type: text/html
Content-Length: 127
Last-Modified: Tue, 22 Mar 2022 15:07:11 GMT
<!doctype html>
<html>
<head>
<title>Hello, World</title>
</head>
<body>
<h1>Hello, World</h1>
</body>
</html>
DNS
- ドメイン名の解決はOSの中でリゾルバというプログラムが担当する
- リゾルバが問い合わせるDNSのサーバーをネームサーバーという
- 確認
- tcpdumpを起動
$ sudo tcpdump -tnl -i any "udp and port 53"
- 他のターミナルから
$ dig +short @8.8.8.8 typea.info A 160.16.110.88
- tcpdumpの結果を確認
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 127.0.0.1.46121 > 127.0.0.53.53: 57838+ [1au] NS? . (40) IP 192.168.122.243.55378 > 192.168.122.1.53: 22272+ [1au] NS? . (28) IP 192.168.122.1.53 > 192.168.122.243.55378: 22272 13/0/1 NS c.root-servers.net., NS m.root-servers.net., NS a.root-servers.net., NS d.root-servers.net., NS l.root-servers.net., NS i.root-servers.net., NS k.root-servers.net., NS f.root-servers.net., NS b.root-servers.net., NS e.root-servers.net., NS j.root-servers.net., NS h.root-servers.net., NS g.root-servers.net. (239) IP 127.0.0.53.53 > 127.0.0.1.46121: 57838 13/0/1 NS c.root-servers.net., NS m.root-servers.net., NS a.root-servers.net., NS d.root-servers.net., NS l.root-servers.net., NS i.root-servers.net., NS k.root-servers.net., NS f.root-servers.net., NS b.root-servers.net., NS e.root-servers.net., NS j.root-servers.net., NS h.root-servers.net., NS g.root-servers.net. (239) IP 192.168.122.243.55943 > 8.8.8.8.53: 4489+ [1au] A? typea.info. (51) IP 8.8.8.8.53 > 192.168.122.243.55943: 4489 1/0/1 A 160.16.110.88 (55)
DHCP
$ sudo ip netns add server $ sudo ip netns add client $ sudo ip link add s-veth0 type veth peer name c-veth $ sudo ip link set s-veth0 netns server $ sudo ip link set c-veth netns client $ sudo ip netns exec server ip link set s-veth0 up $ sudo ip netns exec client ip link set c-veth up $ sudo ip netns exec server ip address add 192.0.2.254/24 dev s-veth0
- dhcp サーバーをserverで起動
$ sudo ip netns exec server dnsmasq --dhcp-range=192.0.2.100,192.0.2.200,255.255.255.0 --interface=s-veth0 --port 0 --no-resolv --no-daemon
- 別ターミナルからDHCPサーバーを利用する
$ sudo ip netns exec client dhclient -d c-veth Internet Systems Consortium DHCP Client 4.4.1 Copyright 2004-2018 Internet Systems Consortium. All rights reserved. For info, please visit https://www.isc.org/software/dhcp/ Listening on LPF/c-veth/fa:e0:8a:cb:c5:19 Sending on LPF/c-veth/fa:e0:8a:cb:c5:19 Sending on Socket/fallback DHCPDISCOVER on c-veth to 255.255.255.255 port 67 interval 3 (xid=0x47349475) DHCPDISCOVER on c-veth to 255.255.255.255 port 67 interval 6 (xid=0x47349475) DHCPOFFER of 192.0.2.131 from 192.0.2.254 DHCPREQUEST for 192.0.2.131 on c-veth to 255.255.255.255 port 67 (xid=0x75943447) DHCPACK of 192.0.2.131 from 192.0.2.254 (xid=0x47349475) bound to 192.0.2.131 -- renewal in 1695 seconds.
- 一旦、DHCPクライアントを終了しIPアドレスを確認
$ sudo ip netns exec client ip addr show | grep "inet"
inet 192.0.2.131/24 brd 192.0.2.255 scope global dynamic c-veth
inet6 fe80::f8e0:8aff:fecb:c519/64 scope link
- ルーティングテーブルを確認
$ sudo ip netns exec client ip route show default via 192.0.2.254 dev c-veth 192.0.2.0/24 dev c-veth proto kernel scope link src 192.0.2.131
© 2006 矢木浩人
