Jan Kończak

Ta strona jest tylko do odczytu. Możesz wyświetlić źródła tej strony ale nie możesz ich zmienić.
===== 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.
\\
<small>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.</small>

===== 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 <small>(porównaj z połączeniami telefonicznymi i wiadomościami SMS)</small>
  * 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.
\\
<small>Poza TCP i UDP jest w użyciu jeszcze kilka protokołów warstwy transportu,
np. SCTP, UDP-Lite, DCCP, MPTCP.
<html><span title="Jakkolwiek głupie może się to wydawać, tak działają niektóre firmy.">
Są one jednak sporadycznie używane, co wynika z braku wsparcia ich przez system
MS Windows, wynikającego z ich sporadycznego użycia.</span></html></small>

==== 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),
<html><div style="margin-top:-1.4em"></div></html>
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.
\\
<small>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.</small>

==== Znane numery portów ====

Konkretne numery portów są zwyczajowo używane do adresowania konkretnych
programów.
\\
<small> Np. port 80 i 443 jest używany przez serwery stron
internetowych, a porty 25, 465 lub 587 przez serwery poczty internetowej
(e-mail).</small>

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÷<html><small>49151</small></html> \\ mogą zostać zarejestrowane (tzn. przypisane do konkretnego zastosowania w rejestrze utrzymywanym przez IANA),
  * efemeryczne (dynamic / private / ephemeral) – <html><small>49152</small></html>÷65535 \\ używane kiedy program nie potrzebuje stałego numeru portu (czyli zwykle kiedy program nawiązuje połączenie).
<html><div style="margin-top:-1.4em"></div></html>
<small>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''</small>.
  
===== 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.

<html><pre style="line-height:100%; margin-bottom:0">
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
</pre></html>
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'':
<html><div style="margin-top:-1.4em"></div></html>
<html><pre style="line-height:100%;">
# netstat -atunp
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name
<span title="Program nasłuchujący na porcie 22 (porcie serwera SSH) na nowe połączenia TCP" style="background-color:rgba(0,255,0,0.2)">tcp        0      0 0.0.0.0:22              0.0.0.0:*               LISTEN      13830/sshd</span>
tcp        0      0 <span title="Program nasłuchujący na IP 0.0.0.0 odbierze połączenia kierowane na dowolny adres IP tego komputera" style="background-color:rgba(255,0,255,0.2)">0.0.0.0</span>:25              0.0.0.0:*               LISTEN      <span title="PID i nazwa programu do którego należy połączenie" style="background-color:rgba(0,0,0,0.2)">28693/exim4</span>
tcp        0      0 <span title="Program nasłuchujący na IP 127.0.0.1 odbierze połączenia kierowane **tylko** na adres 127.0.0.1" style="background-color:rgba(255,0,255,0.2)">127.0.0.1</span>:631           0.0.0.0:*               LISTEN      26745/cupsd
<span title="Nawiązane połączenie TCP" style="background-color:rgba(0,0,255,0.15)">tcp        0    780 10.0.1.1:22             150.254.33.66:38126     ESTABLISHED 19424/sshd: usernam</span>
tcp        0      0 <span title="Adres lokalny: jedno z IP tego komutera i port 38596 (efemeryczny – najpewniej wylosowany przez system operacyjny przed nawiązywaniem połączenia)" style="background-color:rgba(255,0,255,0.2)">10.0.1.1:38596</span>          <span title="Adres zdalny: IP 150.254.30.199 i port https" style="background-color:rgba(255,0,255,0.2)">150.254.30.199:443</span>      ESTABLISHED 19481/weechat
<span title="tcp6 oznacza IPv6 i TCP – program nasłuchuje na dowolnym adresie (czyli ::)" style="background-color:rgba(0,255,0,0.2)">tcp6       0      0 :::22                   :::*                    LISTEN      13830/sshd</span>
<span title="połączenie UDP – może być zarówno klientem jak i serwerem" style="background-color:rgba(255,255,0,0.3)">udp        0      0 0.0.0.0:68              0.0.0.0:*                           14541/dhclient</span>
udp        0      0 10.0.1.1:53             0.0.0.0:*                           22173/named
<span title="przykład programu który jest klientem UDP" style="background-color:rgba(0,255,255,0.3)">udp      768      0 0.0.0.0:35722           0.0.0.0:*                           21533/snmpwalk</span>
</pre></html>

==== 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).
\\
<small>
Uwaga: netcat ma wiele wersji różniących się możliwościami, przełącznikami i zachowaniem!
</small>

^     ^  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.
\\
<small>Można też łączyć np. jedno połączenie sieciowe z drugim, czy połączenie
sieciowe z programem.</small>

^      ^ 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''  |
|  ::: |  <html><code>socat UDP-DATAGRAM:<span title="Adres na który będą wysłane wiadomości" style="background-color:rgba(255,255,0,0.3)">10.0.0.1:12345</span>,bind=<span title="Adres na którym program będzie czekać na wiadomości" style="background-color:rgba(0,255,0,0.2)">0.0.0.0:12345</span> STDIO</code></html>  ||

''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]].
\\
<small>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]
</small>

==== 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:
<html><span style="user-select: all;"></html>''socat -dd tcp-listen:1500**,fork** shell:%%'stdbuf -o0 tr a-z A-Z'%%''<html></span></html>
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 //<adres_ip>// //<numer_portu>//'' 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?
Jan Kończak

Narzędzia użytkownika

Narzędzia witryny

Narzędzia strony
