Spis treści

Warstwa transportowa
Monitorowanie bieżących połączeń
Testowanie łączności na warstwie aplikacji
- netcat
- socat
Powyżej warstwy transportowej
- Połączenia szyfrowane
  - Testowanie szyfrowanych połączeń z opessl
  - Testowanie szyfrowanych połączeń z socat
Przykładowe aplikacje
- Zapytania do serwerów stron internetowych
- [ekstra] Rozmowa z serwerem pocztowym

Warstwa transportowa

Warstwa sieci zapewnia komunikację między dowolnymi urządzeniami.
Odpowiednie pole pakietu IP wskazuje jaki protokół warstwy transportowej jest używany.

Warstwa transportowa zapewnia komunikację między procesami działającymi na wskazanych urządzeniach.

Protokoły warstwy transportowej mogą:

tworzyć połączenia albo przesyłać datagramy (porównaj z połączeniami telefonicznymi i wiadomościami SMS)
przesyłać dane jako strumień bajtów albo jako wiadomości
gwarantować (lub nie) odebranie danych w tej samej kolejności w jakiej były nadane
zapewniać że dane dotrą, a w razie gdyby jakiś pakiet nie dotarł, automatycznie wysłać go ponownie
dostosowywać prędkość wysyłania do możliwości łącza

W internecie używa się głównie protokołów TCP i UDP.
Poza TCP i UDP jest w użyciu jeszcze kilka protokołów warstwy transportu, np. SCTP, DCCP, MPTCP

Adresacja na warstwie transportowej

Protokoły warstwy transportowej spójnie używają 16-bitowej liczby jako adres.
Adres warstwy transportowej nazywa się numerem portu.

System operacyjny po otrzymaniu wiadomości biorąc pod uwagę:

adresu warstwy sieci (np. IP) źródłowy (zdalny),
adresu warstwy sieci (np. IP) docelowy (lokalny),
użyty protokół warstwy transportowej,
adresu warstwy transportowej (np. port) źródłowy (zdalny),
adresu warstwy transportowej (np. port) docelowy (lokalny),

sprawdza czy wiadomość należy do już istniejącego połączenia (i wtedy dostarcza dane do tego połączenia), a jeśli nie, to czy jakiś program czeka na nowe połączenie / wiadomości pod docelowym adresem IP i docelowym portem użytego protokołu warstwy transportowej.

Klient-serwer

Programy sieciowe zwykle pełnią rolę serwera lub klienta.
Serwer to program który czeka (nasłuchuje) na nowe połączenia (lub żądania/wiadomości) od klientów.
Klient to program który łączy się do serwera (lub wysyła do niego żądania).
Program może jednocześnie pełnić rolę serwera i klienta.

Programy pełniące rolę serwera muszą wskazać użyty protokół warstwy transportu i poinformować system operacyjny na jakich adresach IP i numerach portów oczekują połączeń/wiadomości.

Program który chce połączyć lub wysłać wiadomość musi podać jaki protokół warstwy transportu ma zostać użyty i podać docelowy adres IP i docelowy numer portu dla połączenia/wiadomości.

Znane numery portów

Konkretne numery portów są zwyczajowo używane do adresowania konkretnych programów.
Np. port 80 i 443 jest używany przez serwery stron internetowych, a porty 25, 465 lub 587 przez serwery poczty internetowej (e-mail).
Lista takich numery portów, wraz z przypisanymi do nich słownymi nazwami i informacją do czego są (albo były w przeszłości) używane jest utrzymywana przez organizację IANA.
W Linuksie dodatkowo taka lista jest tradycyjnie dostępna w pliku /etc/services.

Zakresy numerów portów

Zakres numerów portów jest podzielony na porty [RFC6335]:

uprzywilejowane (system / well-known / privileged) – 1÷1023
jako lokalne porty mogą być używane tylko przez uprzywilejowanego użytkownika (root / administrator),
zarejestrowane ¹⁾ (user / registered) – 1024÷49151
mogą zostać zarejestrowane (tzn. przypisane do konkretnego zastosowania w rejestrze utrzymywanym przez IANA),
efemeryczne (dynamic / private / ephemeral) – 49152÷65535
używane kiedy program nie potrzebuje stałego numeru portu (czyli zwykle kiedy program nawiązuje połączenie).

W implementacjach systemów operacyjnych zwykle granica między user ports a ephemeral jest niższa, np. w Linuksie zakres portów efemerycznych można odczytać wykonując jedną z komend: sysctl net.ipv4.ip_local_port_range /

cat
/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range

Monitorowanie bieżących połączeń

Polecenia netstat i ss wyświetlają listę połączeń (nie tylko sieciowych) których stroną jest ten komputer oraz (po podaniu odpowiedniej opcji) informacje na jakich adresach IP i portach programy na tym komputerze czekają na połączenia bądź wiadomości.

netstat {|-a|-l} [-t] [-u] [-p] [-n] (np. netstat -atupn)

ss {|-a|-l} [-t] [-u] [-p] [-n] (np. ss -atupn)

Przełączniki dla netstat / ss:
┌      (domyślnie) tylko już nawiązane połączenia
│ -l   nasłuchujące porty (programy czekające aż ktoś do nich się połączy)     
└ -a   nasłuchujące porty + nawiązane połączenia
┌      (domyślnie) wszystkie wspierane protokoły sieciowe
│ -t   połączenia protokołu TCP
└ -u   połączenia protokołu UDP
┌ -4   wybiera IPv4
└ -6   wybiera IPv6
  -p   nazwa i pid programu do którego należy połączenie
  -n   pokazywanie wszystkich wartości numerycznie, np. '22' zamiast 'ssh'
  -W   [tylko netstat] wyłącza przycinanie adresów IP / nazw domenowych do szerokości kolumny
Więcej: netstat -h / ss -h

/proc/net/(tcp|udp|…) (np. cat /proc/net/tcp)

# netstat -atunp
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name
tcp        0      0 0.0.0.0:22              0.0.0.0:*               LISTEN      13830/sshd
tcp        0      0 0.0.0.0:25              0.0.0.0:*               LISTEN      28693/exim4
tcp        0      0 127.0.0.1:631           0.0.0.0:*               LISTEN      26745/cupsd
tcp        0    780 10.0.1.1:22             150.254.33.66:38126     ESTABLISHED 19424/sshd: usernam
tcp        0      0 10.0.1.1:38596          150.254.30.199:443      ESTABLISHED 19481/weechat
tcp6       0      0 :::22                   :::*                    LISTEN      13830/sshd
udp        0      0 0.0.0.0:68              0.0.0.0:*                           14541/dhclient
udp        0      0 10.0.1.1:53             0.0.0.0:*                           22173/named
udp      768      0 0.0.0.0:35722           0.0.0.0:*                           21533/snmpwalk

Testowanie łączności na warstwie aplikacji

netcat

netcat (czasami dostępny jako nc) to szeroko rozpowszechnione narzędzie potrafiące nawiązać proste połączenia sieciowe bądź stworzyć prosty serwer (używając protokołu TCP bądź UDP).
Uwaga: netcat ma wiele wersji różniących się możliwościami, przełącznikami i zachowaniem!

	Serwer	Klient
TCP	`nc -l -p 12345`	`nc 10.0.0.1 12345`
UDP	`nc -u -l -p 12345`	`nc -u 10.0.0.1 12345`

socat

socat to rozbudowany i wciąż rozwijany program pozwalający testować rozmaite "połączenia" sieciowe.

socat zawsze przyjmuje dwie opcje – dwa "strumienie" które ze sobą połączy, np. standardowe wejście/wyjście z połączeniem sieciowym.
Można też łączyć np. jedno połączenie sieciowe z drugim, czy połączenie sieciowe z programem.

	Serwer	Klient
TCP	`socat TCP-LISTEN:12345 STDIO`	`socat STDIO TCP:10.0.0.1:12345`
UDP (pseudo-połączeniowe)	`socat UDP-LISTEN:12345 STDIO`	`socat STDIO UDP:10.0.0.1:12345`
UDP (zorientowane na wiadomość)	`socat UDP-RECV:12345 STDIO`	`socat STDIO UDP-SENDTO:10.0.0.1:12345`

Zamiast STDIO można podać - (dodatkowo w większości dystrybucji można też skorzystać z readline)
Socat nie rozróżnia wielkości liter, pozwala na skróty – np. udp-l jako udp-listen czy tcp jako tcp-connect
Adresy IPv6 podaje się w nawiasach kwadratowych, np. [::1]

Powyżej warstwy transportowej

Rola systemu operacyjnego kończy się na zapewnieniu łączności między procesami na wskazanych urządzeniach – na warstwie transportowej. Cała reszta jest w rękach twórcy programu.

Połączenia szyfrowane

Powszechnie do zapewnienia poufności i integralności komunikacji używa się protokołów (D)TLS.

Testowanie szyfrowanych połączeń z opessl

Narzędzie openssl dostarczane z biblioteką OpenSSL pozwala testować połączenia szyfrowane.

W najprostszej wersji nawiązanie połączenia TLS odbywa się komendą:
openssl s_client <host>:<port>

Do uruchomienia serwera potrzeby jest klucz prywatny i certyfikat (klucz publiczny z podpisem zaufanego urzędu certyfikacji).
Na podstawie certyfikatu otrzymanego od serwera klient sprawdza czy ufa serwerowi; jeżeli klient nie zna podpisującego certyfikat, serwer uzna za niezaufany.
Do wygenerowania dla ćwiczeń klucza prywatnego i certyfikatu możesz użyć komendy:
openssl req -x509 -newkey rsa:1024 -days 1 -nodes -keyout key.pem -out cert.pem
W najprostszej wersji stworzenie serwera odbywa się komendą:
openssl s_server -key key.pem -cert cert.pem -accept <port>

Testowanie szyfrowanych połączeń z socat

Program socat również pozwala na nawiązanie połączeń z użyciem TLS.

W najprostszej wersji nawiązanie połączenia TLS odbywa się komendą:
socat openssl:<host>:<port> STDIO
lub, bez sprawdzania poprawności certyfikatu: socat openssl:<host>:<port>,verify=0 STDIO

W najprostszej wersji stworzenie serwera odbywa się komendą:
socat openssl-listen:<port>,key=key.pem,cert=cert.pem,verify=0 -
(W serwerze verify=0 wyłącza wymaganie i sprawdzanie certyfikatu klienta.)

Przykładowe aplikacje

Zapytania do serwerów stron internetowych

Protokół HTTP definiuje różne metody, z których przeglądarki używają głównie GET i POST.

Wersje HTTP do 2.0 włącznie używają protokołu tekstowego.

W protokole HTTP każde żądanie (i odpowiedź) składa się z linii żądania (statusu) i nagłówków (każdy w osobnej linii), po których następuje pusta linia ("\r\n\r\n") i, jeżeli jest, treść żądania (bądź odpowiedzi).
Długość treści żądania/odpowiedzi (jeśli jest obecna) zwykle wskazuje nagłówek Content-Length.

Ręcznie

Treść minimalnego zapytania HTTP w wersji 1.1:

GET / HTTP/1.1
Host: <docelowa nazwa domenowa>

Np. żeby pobrać zasób https://bip.put.poznan.pl/artykuly/status-politechniki-poznanskiej-2020-2024,
można połączyć się z szyfrowaniem TLS pod adres bip.put.poznan.pl i port 443 (domyślny dla https://) i wysłać zapytanie:

GET /artykuly/status-politechniki-poznanskiej-2020-2024 HTTP/1.0
Host: bip.put.poznan.pl

wget / curl

Narzędzia wget i curl pozwalają automatycznie wysłać żądanie HTTP.
wget domyślnie podąża za przekierowaniami i zapisuje odpowiedź do pliku.
curl domyślnie nie podąża za przekierowaniami i wypisuje odpowiedź na standardowe wyjście.
Odpowiednimi przełącznikami można zmieniać zachowanie programów, np. curl -v <url> wyświetli pełną treść wysłanego żądania z nagłówkami pełną odpowiedź (a nie tylko jej treść).

Przykład żądania POST

Do testów, umieść poniższy plik w pustym katalogu i wykonaj z tego katalogu (z roota) komendę php -S 0:80

index.html

<?php
if ($_SERVER["REQUEST_METHOD"] == "POST") {
    $requestBody = file_get_contents("php://input");
    file_put_contents("data.txt", $requestBody . "\n", FILE_APPEND);
    header('Location: ' . $_SERVER['REQUEST_URI']);
} else echo htmlspecialchars(file_get_contents("data.txt"));
?>

Przykład minimalnego żądania (bez wskazania przez nagłówek Content-Type jakiego typu dane są wysyłane):

POST / HTTP/1.1
Host: localhost
Content-length: 12

Hello world!

Przykładowa komenda curl do wysłania żądania POST:
curl --verbose --data "Hello curl!" http://localhost

Przykładowe komendy wget do wysłania żądania POST:
wget -SqO - --post-data "Hello wget!" http://localhost
wget -dqO - --post-data "Hello wget!" http://localhost

[ekstra] Rozmowa z serwerem pocztowym

Poglądowe minimalistyczne komendy i komunikaty potrzebne do wysłania i odebrania wiadomości e-mail.

SMTP – wysyłanie maili

Komendy do połączenia z serwerem SMTP (do wyboru):

socat                             tcp:<adres_serwera>:25,crlf  stdio
openssl s_client -crlf -starttls smtp <adres_serwera>:25 
openssl s_client -crlf                <adres_serwera>:465

Kolejne linie potrzebne do wysłania maila:

helo <twoja nazwa domenowa>
mail from: <nadawca>
rcpt to: <odbiorca>
data
Date: <data we właściwym formacie - wykonaj komendę 'date --rfc-email'>
From: <nadawca>
To: <odbiorca>
Subject: <temat>

<tresc>
.
quit

Dodanie poniższych linii po helo (bądź ehlo) uwierzytelni użytkownika:

auth plain
<wynik komendy 'printf "\0<użytkownik>\0<hasło>" | base64'>

IMAP – odbieranie maili

Komendy do szyfrowanego połączenia z serwerem IMAP (do wyboru):

openssl s_client -crlf -starttls imap <adres_serwera>:143 
openssl s_client -crlf                <adres_serwera>:993

Kolejne linie do pobrania (kawałka) maila:

A login <użytkownik> <hasło>
B select inbox
C search unseen
D fetch <id> BODY.PEEK[HEADER.FIELDS (SUBJECT DATE FROM)]
QUIT

¹⁾ czy ktoś zna jakieś lepsze tłumaczenie na polski nazwy "user ports" lub "registered ports"?