===== Klient-serwer =====
Programy sieciowe mogą pełnić 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/wiadomości).
Program może jednocześnie pełnić rolę serwera i klienta.
\\
Program używający połączeń może naraz czekać na połączenia od klientów
i samemu nawiązywać połączenia do innych serwerów, jednak w każdym z połączeń
program pełni rolę albo serwera, albo klienta.
===== Warstwa transportowa =====
Warstwa **sieci** zapewnia komunikację między dowolnymi **urządzeniami**.
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
Odpowiednie pole pakietu IP wskazuje jaki protokół warstwy transportowej jest używany.
W internecie używa się głównie protokołów TCP i UDP.
\\
Poza TCP i UDP jest w użyciu jeszcze kilka protokołów warstwy transportu,
np. SCTP, UDP-Lite, DCCP, MPTCP.
Są one jednak sporadycznie używane, co wynika z braku wsparcia ich przez system
MS Windows, wynikającego z ich sporadycznego użycia.
==== 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.
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.
\\
Program może też wskazać z jakiego źródłowego adresu IP i źródłowego numeru
portu ma zostać nawiązane połączenie lub wysłana wiadomość. Jeżeli tego nie zrobi,
system operacyjny sam je wybierze.
==== 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
[[http://www.iana.org/assignments/service-names-port-numbers|jest utrzymywana]]
przez organizację IANA.
W Linuksie dodatkowo taka lista jest tradycyjnie dostępna w pliku ''/etc/services''.
Zwyczajowo twórcy programów pozwalają użytkownikowi używać nazw portów zamiast
ich numerów oraz często wyświetlając informacje o użytych portach wyświetlają
nazwy zamiast numerów (o ile dany numer portu ma nazwę).
==== Zakresy numerów portów ====
Zakres numerów portów jest podzielony na porty [[https://tools.ietf.org/html/rfc6335#section-6|[RFC6335]]]:
* uprzywilejowane (system / well-known / privileged) – 1÷1023 \\ jako lokalne porty mogą być używane tylko przez uprzywilejowanego użytkownika (root / administrator),
* //zarejestrowane//((czy ktoś zna jakieś lepsze tłumaczenie na polski nazwy "user ports" lub "registered ports"?)) (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.
\\
Pliki ''/proc/net/(tcp|udp|…)'' zawierają informacje o połączeniach w formacie
przystępnym dla maszynowego przetwarzania.
Wybrane 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
Dodatkowo ''ss'' pozwala filtrować wyniki między innymi po adresach ip (''src'' i ''dst'')
oraz numerach portów (''sport'' i ''dport''), np:
\\
''ss -t dport 443'' ''ss -aut src 127.0.0.1 or src 150.254.0.0/24''
\\
Więcej opcji znajdziesz w pomocy wbudowanej (''netstat -h'' / ''ss -h'') i
podręczniku systemowym (''man netstat'' / ''man ss'').
Przykładowy wynik polecenia ''netstat'':
# 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
==== Zadania ====
~~Zadanie.#~~
Wyświetl wszystkie połączenia na swoim komputerze.
~~Zadanie.#~~
Wejdź w przeglądarce na stronę //%%put.poznan.pl%%// i jednocześnie wyświetl
wszystkie połączenia na swoim komputerze.
Jakie nowe połączenia się pojawiły?
~~Zadanie.#~~
Uruchom w terminalu polecenie ''ss -E'' (lub ''ss -nE''), a następnie wejdź
w przeglądarce na wybraną wcześniej nie odwiedzaną stronę.
Z jakich numerów portów korzysta wyświetlna przez ''ss'' aktywność sieciowa?
~~Zadanie.#~~
Jakie programy czekają na połączenia/wiadomości na twoim komputerze? Sprawdź czy
wykonując polecenie ''netstat'' / ''ss'' z roota zamiast zwykłego użytkownika
wyświetlane jest więcej informacji na ten temat.
===== Testowanie łączności =====
==== netcat ====
''[[https://en.wikipedia.org/wiki/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 ====
''[[http://www.dest-unreach.org/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'' |
| ::: | socat UDP-DATAGRAM:10.0.0.1:12345,bind=0.0.0.0:12345 STDIO ||
''STDIO'' (zamiennie ''**-**'') oznacza standardowe wejście/wyjście. Dodatkowo
w większości dystrybucji można też skorzystać z ''readline'' opakowującej
standardowe wejście/wyjście w wygodną bibliotekę
[[https://en.wikipedia.org/wiki/GNU_Readline|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]
==== Zadania ====
~~Zadanie.#~~
Uruchom serwer TCP używając programu ''nc'' lub ''socat'' i nie wyłączając go
przejdź do kolejnych zadań.
~~Zadanie.#~~
Uruchom (w nowej konsoli) program ''netstat'' lub ''ss'' z opcjami które pozwolą
tobie zobaczyć informację o serwerze z poprzedniego zadania. Wśród informacji ma
pojawić się identyfikator procesu (//pid//) serwera.
~~Zadanie.#~~
Poproś osobę siedzącą obok o podłączenie się do twojego serwera, następnie
wyślijcie do siebie nawzajem kilka linii tekstu. Nie zamykajcie jeszcze
połączenia.
~~Zadanie.#~~
Ponownie uruchom program ''netstat'' lub ''ss'' tak żeby zobaczyć informację
o nawiązanym połączeniu. Jakie numery portów są wykorzystywane?
~~Zadanie.#~~
Czy możesz podłączyć dwóch klientów do jednego serwera TCP uruchomionego
poleceniami podanymi wcześniej w materiałach?
\\
Uruchom na wybranym porcie serwer TCP komedną:
''socat -dd tcp-listen:1500**,fork** shell:%%'stdbuf -o0 tr a-z A-Z'%%''
i poproś dwie osoby o podłączenie się do niego.
Następnie wyświetl programem ''netstat'' lub ''ss'' informacje o tych
połączeniach tak, żeby było widać //pid// procesu używającego połączenia.
Co obserwujesz?
~~Zadanie.#~~
Uruchom serwer TCP na wybranym (innym niż w poprzednich zadaniach) porcie
w jednym terminalu używając programu ''socat'', a następnie nie wyłączając
go spróbuj uruchomić w drugim terminalu kolejny serwer TCP programem
''socat'' na tym samym porcie. Jaki komunikat dostajesz?
~~Zadanie.#~~
Spróbuj uruchomić jako zwykły użytkownik serwer TCP na porcie z zakresu portów
systemowych. Jaki komunikat błędu jest wyświetlany?
~~Zadanie.#~~
Uruchom jako superużytkownik (''root'') serwer TCP używając programu ''nc'' lub
''socat'' na porcie 80 i podłącz się do niego z przeglądarki internetowej.
Wyślij przeglądarce odpowiedź i zamknij połączenie.
~~Zadanie.#~~
Uruchom serwer UDP w wersji zorientowanej na wiadomość używając programu
''socat'', a następnie w nowej konsoli uruchom program ''netstat'' lub ''ss'' z
opcjami które pozwolą tobie zobaczyć informację o tym serwerze.
~~Zadanie.#~~
Poproś dwie osoby siedzące obok o wysłanie wiadomości UDP do tego serwera.
Czy widzisz na ekranie wiadomość od obu osób?
~~Zadanie.#~~
Ponownie uruchom program ''netstat'' lub ''ss'' tak żeby zobaczyć informacje
o serwerze z poprzedniego zadania.
~~Zadanie.#~~
Uruchom serwer UDP w wersji pseudo-połączeniowej, a następnie wyświetl programem
''netstat'' lub ''ss'' informacje o nim.
Czy teraz widać jakąś różnicę w porównaniu do serwera w wersji zorientowanej na
wiadomość?
~~Zadanie.#~~
Poproś osobę siedzącą obok o uruchomienie klienta UDP w wersji
pseudo-połączeniowej i o wyświetlenie, przed wysłaniem pierwszej wiadomości,
informacji o tym kliencie programem ''netstat'' lub ''ss''.
Sprawdź czy zmieniło się to jak po stronie serwera ''netstat'' / ''ss''
wyświetla informacje.
\\
Następnie poproś osobę siedzącą obok o wysłanie tobie wiadomości i wykonajcie
na swoich komputerach komendę ''netstat'' lub ''ss'' wyświetlającą wszystkie
aktywności UDP. Czy serwer UDP jest prezentowany identycznie jak przed
otrzymaniem pierwszej wiadomości?
~~Zadanie.#~~
Twój komputer ma kilka adresów IPv4. Wyświetl je.
Używając komendy ''nc -l //// ////'' uruchom serwer TCP
na wybranym porcie i jednym z adresów IP twojego komputera, a następnie w nowej
konsoli uruchom kolejny serwer TCP używający tego samego numeru portu i innego
z adresów IP twojego komputera.
Czy udaje się tobie odpalić ten serwer? Dlaczego?
Wyświetl programem ''netstat'' lub ''ss'' informacje o serwerach TCP.
~~Zadanie.#~~
Używając poniższych poleceń spróbuj uruchomić w czterech terminalach cztery serwery na tym samym porcie:
\\
''socat tcp-listen://1200// stdio'' ''socat dccp-listen://1200// stdio'' \\
''socat udp-listen://1200// stdio'' ''socat sctp-listen://1200// stdio'' \\
Następnie używając polecenia ''ss -tudS -anp sport //1200//'' wyświetl informacje
o tych serwerach.
Dlaczego udaje się tobie uruchomić kilka programów używających tego samego portu?
===== Wybrane elementy protokołów L4 =====
==== UDP ====
~~Zadanie.#~~
Uruchom program wireshark i rozpocznij nasłuchiwanie na interfejsie ''br0''.
W polu filtrów wpisz ''udp''.
Następnie wyślij do osoby siedzącej obok dowolny tekst po UDP.
Jakie pakiety widzisz w wiresharku?
~~Zadanie.#~~
Przygotuj w edytorze tekstu jedną linię zwierającą 4000 znaków i wklej ją do
terminala w którym pracuje ''nc'' / ''socat'' i wyślij. Czy dane zostały wysłane
jako jeden pakiet IP? Czy są pokazywane jako jeden datagram UDP?
==== TCP ====
Nawiązywanie i kończenie połączenia. Przesyłanie potwierdzeń.
[[https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Tcp_state_diagram_fixed_new.svg|Diagram stanów]]
~~Zadanie.#~~
Jaki stan był wskazywany przez ''netstat'' / ''ss'' dla serwerów TCP – programów
czekających na przychodzące połączenia? Znajdź ten stan w diagramie stanów.
~~Zadanie.#~~
Uruchom program wireshark i rozpocznij nasłuchiwanie na interfejsie ''br0''.
Następnie spróbuj nawiązać połączenie do adresu który nie odpowiada, np. komendą
''nc //198.51.100.2// //1333//''. Sprawdź programem ''netstat'' / ''ss'' w jakim
stanie jest to połączenie. Znajdź ten stan w diagramie stanów. W wiresharku w
polu filtrów wpisz ''ip.addr == //198.51.100.2//''. Jakie pakiety widzisz?
~~Zadanie.#~~
Poproś osobę siedzącą obok żeby podała tobie swój adres IPv4 z interfejsu ''br0''
i zmień w wiresharku pole filtrów tak żeby zostały wyświetlone pakiety z tym
adresem IP.
Następnie nawiążcie między sobą połączenie TCP używając programu ''nc'' lub
''socat''. Sprawdź jakie pakiety zostały przesłane.
~~Zadanie.#~~
Prześlij dane przez nawiązane połączenie. Jakie pakiety zostały przesłane?
Przygotuj w edytorze tekstu jedną linię zwierającą 4000 znaków i wklej ją do
terminala w którym pracuje ''nc'' / ''socat'' i wyślij. Czy dane zostały wysłane
jako jeden pakiet IP? Czy są pokazywane jako jeden segment TCP?
~~Zadanie.#~~
Wypnij kabel sieciowy z interfejsu ''em1'' i spróbuj wysłać kolejną linię tekstu.
Po kilku sekundach wepnij kabel z powrotem. Zobacz co dzieje się w wiresharku.
Czy dane dotarły?
~~Zadanie.#~~
Zamknij połączenie (np. zamykając program przez //Ctrl// + //C//). Jakie pakiety
zostały przesłane w wiresharku? Czy programy ''netstat'' / ''ss'' wyświetlają
jeszcze informacje o tym połączeniu?