Αρχιτεκτονικές Δικτύων & Πρωτόκολλα Ι Ενότητα : Δίκτυα υπολογιστών - Βασικά εργαλεία δικτύων στο Linux. Όνομα Καθηγητή : Δημήτριος Λυμπερόπουλος, Σπύρος Δενάζης Τμήμα : Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών
1. Σκοποί ενότητας... 2 2. Περιεχόμενα ενότητας... 2 3. Βασικές πληροφορίες για το Μοντέλο OSI.... 2 4. Βασικές πληροφορίες για τα Πρωτόκολλα Δικτύων Υπολογιστών.... 3 5. Διαχείριση δικτύου στο Linux εντολές - εργαλεία.... 4 5.1 ifconfig... 5 5.2 Περισσότερες χρήσιμες εντολές και εργαλεία... 6 6. Εφαρμογές FTP - SSH.... 7 6.1 FTP... 7 6.1.1 FTP server... 7 6.1.2 FTP client... 7 6.2 SSH (secure shell)... 8 1. Σκοποί ενότητας Η ενότητα αυτή κάνει μία εισαγωγή σε βασικές έννοιες δικτύων και υπολογιστών. Ξεκινάει με την περιγραφή του μοντέλου OSI και στην συνέχεια παρουσιάζει βασικές έννοιες πρωτοκόλλων δικτύων καθώς και τον ρόλο που παίζουν στην επικοινωνία μεταξύ δύο ή περισσοτέρων μερών στο Internet. Ακολουθεί η ανάλυση βασικών εντολών Linux που σχετίζονται με την σύνδεση του συστήματος σε ένα δίκτυο, ενώ η ενότητα κλείνει με την παρουσίαση και επίδειξη χρήσης δικτυακών εργαλείων του Linux για την μεταφορά αρχείων (FTP) και ασφαλούς σύνδεσης σε απομακρυσμένο σύστημα (SSH). 2. Περιεχόμενα ενότητας Βασικές πληροφορίες για το Μοντέλο OSI. Βασικές πληροφορίες για τα Πρωτόκολλα Δικτύων Υπολογιστών. Διαχείριση δικτύου στο Linux εντολές - εργαλεία. Εφαρμογές FTP - SSH. Παράρτημα - Port Numbers 3. Βασικές πληροφορίες για το Μοντέλο OSI. Το μοντέλο OSI είναι μια ιεραρχική δομή επτά επιπέδων που καθορίζει τις προδιαγραφές επικοινωνίας μεταξύ δύο υπολογιστών, ορίζοντας επακριβώς τον σκοπό κάθε επιπέδου αλλά και τα χρησιμοποιούμενα πρωτόκολλα. Το μοντέλο OSI υποδιαιρεί τις λειτουργίες ενός τηλεπικοινωνιακού δικτύου σε μια «κατακόρυφη» στοίβα από επίπεδα. Για κάθε επίπεδο μπορεί να οριστεί κάποιο πρωτόκολλο σε μία συγκεκριμένη υλοποίηση. Μπορούν να υπάρξουν περισσότερες της μίας υλοποιήσεις του μοντέλου, χρησιμοποιώντας διαφορετικά πρωτόκολλα. Μία συγκεκριμένη υλοποίηση, με καθορισμένα πρωτόκολλα για κάθε επίπεδο, ονομάζεται στοίβα πρωτοκόλλων ή απλά στοίβα. Το κάθε πρωτόκολλο υλοποιείται είτε σε υλικό είτε σε λογισμικό. Συνήθως τα κατώτερα επίπεδα υλοποιούνται στο υλικό ενώ τα ανώτερα σε λογισμικό. Σελίδα 2
7. Εφαρμογών Παρέχεται στις εφαρμογές πρόσβαση στο δίκτυο 6. Παρουσίασης Αναπαράσταση δεδομένων και κρυπτογράφηση 5. Συνόδου Έλεγχος του διαλόγου μεταξύ των άκρων της επικοινωνίας 4. Μεταφοράς Αξιόπιστη επικοινωνία από άκρο σε άκρο 3. Δικτύου Καθορισμός διαδρομών και λογικών διευθύνσεων των κόμβων στα πλαίσια ενός διαδικτύου 2. Ζεύξης δεδομένων Φυσική διευθυνσιοδότηση (MAC & LLC) 1. Φυσικό Δυαδική μετάδοση σήματος μέσω του φυσικού μέσου Πίνακας 1: στρώματα μοντέλου OSI. 4. Βασικές πληροφορίες για τα Πρωτόκολλα Δικτύων Υπολογιστών. Πρωτόκολλο επικοινωνίας είναι σύμβαση ή το σύνολο προτύπων που ελέγχουν ή επιτρέπουν τη σύνδεση, την επικοινωνία, και τη μεταφορά στοιχείων μεταξύ δύο τελικών σημείων. Στην πιο απλή μορφή του, ένα πρωτόκολλο μπορεί να οριστεί ως οι κανόνες που ορίζουν την σύνταξη, την σημασιολογία, και το συγχρονισμό της επικοινωνίας. Τα πρωτόκολλα μπορούν να υλοποιηθούν στο υλικό, το λογισμικό, ή σε έναν συνδυασμό των δύο. Στο χαμηλότερο επίπεδο, ένα πρωτόκολλο καθορίζει τη συμπεριφορά μιας σύνδεσης υλικού. Ο αριθμός και η ποικιλία των πρωτοκόλλων είναι πολύ μεγάλος, καθώς επίσης και ο σκοπός που εξυπηρετούν. Κάποια παραδείγματα λειτουργιών που διαχειρίζονται τα πρωτόκολλα είναι : Ανίχνευση της φυσικής σύνδεσης (καλωδίου ή ασύρματης), ή η ύπαρξη του άλλου τελικού σημείου ή κόμβου. Χειραψία (Handshaking). Διαπραγμάτευση των διάφορων χαρακτηριστικών σύνδεσης. Πώς να αρχίσει και να τελειώσει ένα μήνυμα. Πώς να σχηματοποιήσει ένα μήνυμα. Τι να κάνει με τα αλλοιωμένα ή εσφαλμένα σχηματοποιημένα μηνύματα (διόρθωση λάθους). Πώς να ανιχνεύσει την απροσδόκητη απώλεια της σύνδεσης, και τι να κάνει μετά. Λήξη της συνόδου ή της σύνδεσης. Γενικά, μόνο τα απλούστερα πρωτόκολλα χρησιμοποιούνται μόνα τους. Τα περισσότερα πρωτόκολλα, ειδικά στα πλαίσια των επικοινωνιών ή της δικτύωσης, είναι τοποθετημένα σε στρώσεις για να σχηματίσουν σωρούς πρωτοκόλλων (protocol stacks) όπου οι διάφορες λειτουργίες που αναφέρονται παραπάνω χωρίζονται μεταξύ των διαφορετικών πρωτοκόλλων στο σωρό. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το TCP/IP όπου το IP πρωτόκολλο διαχειρίζεται το επίπεδο Σελίδα 3
δικτύου και το TCP το επίπεδο μεταφοράς. Τα περισσότερα από τα πρωτόκολλα επικοινωνίας του Διαδικτύου περιγράφονται σε έγγραφα RFC της ομάδας Internet Engineering Task Force (ή IETF). Γνωστά πρωτόκολλα επικοινωνιών του διαδικτύου και η θέση τους στην στοίβα πρωτοκόλλων φαίνονται στην παρακάτω εικόνα. Εικόνα 1: Γνωστά πρωτόκολλα δικτύων σε σχέση με το μοντέλο OSI Τα πρωτόκολλα επιπέδου εφαρμογών (application layer) βρίσκονται στην υψηλότερη θέση στην στοίβα. Ένα μήνυμα που στέλνεται από αυτά, περνάει από πρωτόκολλα όλων των υπόλοιπων χαμηλότερων επιπέδων (μεταφοράς, δικτύου κτλ.) μέχρι να μεταδοθεί στο δίκτυο. Είναι δυνατόν κάποια από τα πρωτόκολλα επιπέδου εφαρμογών να χρησιμοποιούν κοινά πρωτόκολλα επιπέδου μεταφοράς, δικτύου, κτλ. Για να διαχωρίζεται λοιπόν σε ποια εφαρμογή ανήκει ένα πακέτο που έφτασε από το δίκτυο ως το επίπεδο μεταφοράς, ανατίθεται σε κάθε πρωτόκολλο επιπέδου εφαρμογής ένας αριθμός που λέγεται port number. 5. Διαχείριση δικτύου στο Linux εντολές - εργαλεία. Για να ορίσετε τις παραμέτρους δικτύου από το γραφικό περιβάλλον στο λειτουργικό σύστημα Linux πρέπει να πατήσετε την επιλογή "Edit Connections" στο εικονίδιο δικτύου πάνω δεξιά (εικόνα 2) Σελίδα 4
Εικόνα 2: Αλλαγή παραμέτρων δικτύου σε γραφικό περιβάλλον στο Linux. 5.1 ifconfig Η διαχείριση δικτύου από τερματικό μπορεί να γίνει με την εντολή ifconfig. Το ifconfig είναι μία εφαρμογή Unix/Linux λειτουργικών συστήματων για την διαχείριση και ρύθμιση παραμέτρων διεπαφών δικτύων (εικόνα 3). Εικόνα 3: Παράδειγμα εφαρμογής ifconfig Με την ifconfig εντολή ένας χρήστης μπορεί να κάνει πολλές ενέργειες όπως οι παρακάτω: ~$ ifconfig - εκτυπώσει στο τερματικό τις ενεργές συνδέσεις του υπολογιστή ~$ ifconfig eth0 down - απενεργοποιεί (κατεβάζει) την διεπαφή δικτύου eth0 ~$ ifconfig eth0 up - ενεργοποιεί (ανεβάζει) την διεπαφή δικτύου eth0 ~$ ifconfig eth0 10.10.10.10 - ορίζει την IP διεύθυνση 10.10.10.10 στην διεπαφή δικτύου eth0 Σελίδα 5
5.2 Περισσότερες χρήσιμες εντολές και εργαλεία arp Το Arp (Address Resolution Protocol) χρησιμοποιείται για να αντιστοιχίσει μία IP διεύθυνση σε μία φυσική διεύθυνση (physical address). netstat Το netstat είναι ένα εργαλείο που εκτυπώνει στην οθόνη πληροφορίες για τις τοπικές και απομακρυσμένες συνδέσεις του υπολογιστή (IP διεύθυνση, ports, status etc). tracert - traceroute Το tracert, ή traceroute, είναι εντολή που εκτυπώνει στην οθόνη την διαδρομή που ακολουθούν τα πακέτα κατά την αποστολή τους σε κάποιο συγκεκριμένο σημείο στο δίκτυο. ping Το ping είναι ένα διαγνωστικό εργαλείο για τον έλεγχο της επικοινωνίας μεταξύ δύο σημείων στο δίκτυο (εικόνα 4). Η εντολή εκτέλεσης είναι ~$ ping "remote_host" Εικόνα 4: Παράδειγμα χρήσης της εντολής ping Ασκηση: Εκτελέστε τις παρακάτω εντολές ~$ ping www.google.com ~$ ping localhost Σελίδα 6
Πως αλλιώς μπορούμε να εκτελέσουμε το τελευταίο ping για να πάρουμε απάντηση από τον υπολογιστή μας; 6. Εφαρμογές FTP - SSH. 6.1 FTP Το FTP είναι ένα πρωτόκολλο ανταλλαγής αρχείων, σε οποιοδήποτε δίκτυο χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο TCP/IP (όπως το διαδίκτυο). Σε μια FTP μεταφορά παίρνουν μέρος δύο υπολογιστές: ένας server και ένας client. Ο FTP server τρέχοντας το κατάλληλο λογισμικό για server, ακούει στο δίκτυο για αιτήματα σύνδεσης. Ο client, που αντίστοιχα χρησιμοποιεί ανάλογο λογισμικό για client, κάνει αίτηση για σύνδεση στον FTP server. Αφού συνδεθεί, ο client έχει την δυνατότητα να ολοκληρώσει διάφορες ενέργειες όπως το διάβασμα λίστας των διαθέσιμων αρχείων, μεταφόρτωση (download) αρχείων, μετονομασία ή ακόμα και διαγραφή αυτών. Το FTP πρωτόκολλο ανήκει στα ανοικτά πρότυπα κάτι που σημαίνει πως οποιαδήποτε εταιρία λογισμικού ή μεμονωμένος προγραμματιστής μπορεί να δημιουργήσει έναν FTP server ή client. Σχεδόν όλες οι πλατφόρμες υπολογιστών και λειτουργικά υποστηρίζουν το πρωτόκολλο FTP. Αυτό επιτρέπει οποιοδήποτε υπολογιστή που συνδέεται μέσω ενός TCP/IP δικτυού για να χειριστεί τα αρχεία σε έναν άλλο υπολογιστή ανεξάρτητα από τα λειτουργικά συστήματα που υπάρχουν στους δύο υπολογιστές. 6.1.1 FTP server Για να μπορέσει κάποιος να εκκiνήσει έναν FTP server πρέπει να πληκτρολογήσει την παρακάτω εντολή. ~$ vsftpd Σε περίπτωση που ο FTP server δεν είναι ήδη εγκατεστημένος στο σύστημα, για να τον εγκαταστήσουμε αρκεί να πληκτρολογήσουμε την εντολή εγκατάστασης: ~$ sudo apt-get install vsftpd Σε περίπτωση ένας χρήστης πρέπει να εγκαταστήσει τον FTP server στο σύστημά του, θα πρέπει να γνωρίζει πως τις βασικές ρυθμίσεις της συγκεκριμένης εφαρμογής μπορεί να τις προσαρμόσει μέσα από το αρχείο /etc/vsftpd.conf. 6.1.2 FTP client Για να εκκινήσουμε μία σύνδεση σε έναν απομακρυσμένο FTP server μέσω ενός τερματικού (ή του command prompt αν είμαστε σε περιβάλλον windows) αρκεί να πληκτρολογήσουμε την εντολή. ~$ ftp {server} ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Για τους σκοπούς της συγκεκριμένης άσκησης, θα συνδεθούμε σε έναν FTP server που βρίσκεται στην IP address 10.10.10.10. Στον συγκεκριμένο υπολογιστή υπάρχει ένας user με τα παρακάτω χαρακτηριστικά. username: netuser password: netuser123 Στο home directory /home/netuser του συγκεκριμένου χρήστη υπάρχει ένας κατάλογος mydir που περιέχει το αρχείο myfile.txt Οπότε για να συνδεθούμε από τον υπολογιστή μας στον απομακρυσμένο FTP server πληκτρολογούμε την παρακάτω εντολή: Σελίδα 7
~$ ftp 10.10.10.10 Αν έχουν γίνει τα πάντα σωστά θα πρέπει να εμφανιστεί στην οθόνη μας τα παρακάτω: Connected to 10.10.10.10. 220 (vsftpd 2.0.4) 530 Please login with USER and PASS. Name (10.10.10.10:root): Πληκτρολογούμε το username και password του χρήστη που θέλουμε να συνδεθούμε. (username = netuser και password = netuser123). 331 Please specify the password. Password: Αφού συνδεθούμε στον server, μπορούμε να διαχειριστούμε τα αρχεία του χρήστη netuser. Αυτό μπορεί να γίνει με μία σειρά εντολών. ftp> ls - Με την εντολή ls βλέπουμε τα αρχεία του καταλόγου στον οποίο βρισκόμαστε. ftp> cd mydir - Με την εντολή cd directory μεταφερόμαστε στον αντίστοιχο κατάλογο. ftp> bin - Με την εντολή bin ενεργοποιούμε την κατάσταση binary mode. ftp> mget file.txt - Με την εντολή mget file κάνουμε download το αρχείο file από τον server. ftp> bye - Με την εντολή bye αποσυνδεόμαστε από τον server. 6.2 SSH (secure shell) Το Secure Shell (ssh) είναι ένα πρωτόκολλο δικτύου που επιτρέπει την ασφαλή επικοινωνία και μεταφορά δεδομένων, την απομακρυσμένη σύνδεση σε περιβάλλον γραμμής εντολών, την απομακρυσμένη εκτέλεση εντολών, καθώς και άλλες ασφαλείς υπηρεσίες δικτύου μεταξύ δύο υπολογιστών που είναι συνδεδεμένοι σε κάποιο μη ασφαλές δίκτυο. Το ssh χρησιμοποιεί ένα εξυπηρετητή (server), στον οποίο ένας ή περισσότεροι πελάτες (clients) μπορούν να συνδεθούν και να εκτελέσουν με ασφάλεια μία σειρά από δικτυακές υπηρεσίες. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Για τους σκοπούς της συγκεκριμένης άσκησης, θα συνδεθούμε σε έναν SSH server που βρίσκεται στην IP address 10.10.10.10. Στον συγκεκριμένο υπολογιστή υπάρχει ένας user με τα παρακάτω χαρακτηριστικά. username: netuser password: netuser123 Στο home directory /home/netuser του συγκεκριμένου χρήστη υπάρχει ένας κατάλογος mydir που περιέχει το αρχείο file.txt Στον υπολογιστή μας ανοίγουμε μία κονσόλα και πληκτρολογούμε την εντολή ~$ ssh 10.10.10.10 Όπως και στην περίπτωση του ftp transaction πληκτρολογούμε το username και password του χρήστη που θέλουμε να συνδεθούμε. Στην συνέχεια εκτελούμε τις παρακάτω εντολές διαδοχικά Σελίδα 8
[netuser@10.10.10.10]# cd mydir [netuser@10.10.10.10]# vi file.txt [netuser@10.10.10.10]# cat file.txt [netuser@10.10.10.10]# ps -ax [netuser@10.10.10.10]# ifconfig [netuser@10.10.10.10]# exit Με την εντολή exit αποσυνδεόμαστε από τον απομακρυσμένο υπολογιστή. Σελίδα 9
Αναφορές Σημειώματα Σημείωμα Ιστορικού ΕκδόσεωνΈργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0.0 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιον Πατρών, Δημήτριος Λυμπερόπουλος, Σπύρος Δενάζης, 2015 «Αρχιτεκτονικές Δικτύων & Πρωτόκολλα Ι - Δίκτυα υπολογιστών - Βασικά εργαλεία δικτύων στο Linux». Έκδοση: 1.0.0 Πάτρα 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/ee799/. Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση CC BY-NC [1] Αυτή η άδεια σας επιτρέπει να διανείμετε, να αναμείξετε, και να δημιουργήσετε πάνω σε αυτό το έργο, κατά μη-εμπορικό τρόπο, και παρόλο που τα νέα σας έργα θα πρέπει επίσης να αποδίδουν αναγνώριση και να είναι μη-εμπορικά, δεν οφείλουν να υπαγάγουν τα παράγωγα έργα τους στους ίδιους όρους. [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ Σελίδα 10
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. Σελίδα 11