Osnove rada s emulatorom računalnih mreža

Pojam emulacije i emulatora

U proučavanju računalnih mreža koriste se dva osnovna tipa alata, tzv. emulatori i simulatori. Postoji više načina da se definira razlika između ta dva tipa alata; mi ćemo tu razliku napraviti na temelju vremena, i reći da emulatori rade u realnom vremenu, a simulatori u vlastitom (simuliranom) vremenu. Dakle, ako emulator treba emulirati 120 sekundi rada mreže i aplikacija, ta će emulacija zaista trajati 120 sekundi stvarnog vremena, dok simulatora simulacija 120 sekundi rada mreže može trajati mnogo više ili mnogo manje od 120 sekundi stvarnog vremena.

U ovoj vježbi i naredne dvije koristit ćemo emulator CORE.

Osnovne informacije o alatu CORE

Alat Common Open Research Emulator (CORE) je emulator računalnih mreža. CORE izrađuje prikaz stvarne računalne mreže i omogućuje korisniku rad s njom u stvarnom vremenu. Takva emulacija, obzirom da radi u stvarnom vremenu, može se povezati i sa stvarnim mrežama, a u njoj se mogu koristiti i stvarne mrežne aplikacije. CORE podržava Linux i FreeBSD, a na Linuxu radi na osnovi kontejnerske virtualizacije LinuX Containers (LXC).

Alat CORE je razvijen od strane istraživačkog odjela Boeinga uz podršku istraživačkog laboratorija Američke mornarice, a zasnovan je na alatu Integrated Multiprotocol Network Emulator/Simulator (IMUNES) razvijenom na Zavodu za telekomunikacije Fakulteta elektrotehnike i računarstva Sveučilišta u Zagrebu.

CORE ima vrlo bogatu dokumentaciju koja je dostupna na službenim stranicama alata.

Grafičko korisničko sučelje alata CORE

CORE pokrećemo naredbom core-gui-legacy u terminalu ili stavkom CORE Network Emulator u meniju.

$ core-gui-legacy

Time dobivamo prazno platno na koje možemo dodavati čvorove i veze. U traci s alatima (dokumentacija) koja se nalazi vertikalno na lijevoj strani grafičkog sučelja imamo redom

• selection tool, za odabir objekata emulacije,
• start the session, koji pokreće emulaciju,
• link tool, alat za stvaranje veza,

• network-layer virtual nodes, alat za stvaranje čvorova koji poznaju mrežni i više slojeve (dokumentacija)

  • router, usmjerivač koji koristi alat Quagga za izradu tablica usmjeravanja
  • host, emulirano poslužiteljsko računalo koje u zadanim postavkama ima pokrenut SSH poslužitelj,
  • pc, emulirano račulano koje u zadanim postavkama nema pokrenutih procesa.

• link-layer nodes, alat za stvaranje čvorova koji rade na sloju veze podataka (dokumentacija)

  • ethernet hub, Ethernet koncentrator koji primljene pakete prosljeđuje svima koji su na njega povezani,
  • ethernet switch, Ethernet preklopnik koji primljene pakete prosljeđuje pametnije korištenjem tablice prosljeđivanja,

• background annotation tools, koji služe za estetski dojam.

Čvorove postavljamo odabirom željenog čvora iz grupe network-layer virtual nodes ili link-layer nodes i klikom na odgovarajuće mjesto. Čvorove konfiguriramo odabirom opcije Configure u izborniku dostupnom na desni klik.

Veze postavljamo odabirom alata link tool, klikom na jedan od dva željena čvor i povlačenjem do drugog. Veze konfiguriramo analogno čvorovima, desnim klikom i odabirom opcije Configure ili dvostrukim klikom na vezu (dokumentacija).

U dijalogu link configuration možemo postaviti:

• Bandwidth, u bitovima po sekundi,
• Delay, u mikrosekundama,
• PER, odnosno postotak paketa koji zadobiju greške u prijenosu,
• Duplicate, odnosno postotak paketa koji su duplicirani u prijenosu,
• Color, odnosno boju crte kojom je veza nacrtana na platnu (što je osobito značajno za estetski dojam),
• Width, odnosno širinu crte kojom je veza nacrtana na platnu (što je također vrlo značajno za estetski dojam).

Pokretanje emulacije

Nakon slaganja željene mreže emulaciju pokrećemo klikom na gumb start the session (dokumentacija), koji zatim postaje stop the session (dokumentacija).

Dok je emulacija pokrenuta, ostali alati u traci s alatima (dokumentacija) su:

• observer widgets tool, koji omogućuje odabir značajki koje će se prikazivati kod prijelaza preko čvora pokazivačem miša,
• plot tool, koji omogućuje da lijevim klikom na vezu nacrtamo graf propusnosti; graf se miče desnim klikom,
• marker, koji služi za vizualno naglašavanje pojedinih djelova emulacije kod prezentacija,
• two-node tool, koji omogućuje pokretanje naredbi ping i traceroute na dva čvora; čvorovi se biraju klikom na pravokutnik pored source node, odnosno destination node i zatim na odgovarajući čvor.
• run tool, koji omogućuje pokretanje proizvoljnih naredbi na jednom ili više čvorova.

Za vrijeme dok je emulacija pokrenuta moguće je pristupiti ljusci svakog pojedinog čvora desnim klikom na čvor i odabirom opcije Shell window/bash ili dvostrukim klikom na čvor.

Službena dokumentacija grafičkog korisničkog sučelja alata CORE ima više detalja o opisanoj funkcionalnosti i ostalim mogućnostima grafičkog sučelja.

Spremanje i učitavanje emulacijskih scenarija

Scenarije za emulaciju koji smo složili moguće je spremiti kao .imn datoteku korištenjem File/Save as... i kasnije učitati korištenjem File/Open... (dokumentacija). Gotovi scenariji dostupni su u direktoriju .core/configs unutar kućnog direktorija korisnika.

Da bi ilustrirali dostupne gotove scenarije, naredbom

$ core-gui-legacy .core/configs/sample2-ssh.imn

otvorit ćemo jedan od jednostavnijih primjera. S druge strane, jedan od atraktivnijih primjera koji uključuje mobilne čvorove čije kretanje je prikazano na platnu u stvarnom vremenu, možemo otvoriti naredbom

$ core-gui-legacy .core/configs/sample1.imn

Pokretanje emulacije vrši se kao i u situaciji kada slažemo vlastitu emulaciju.

Emulacija mrežnog prometa korištenjem alata MGEN

CORE omogućuje korištenje alata Multi-Generator (MGEN) za generiranje prometa. MGEN također razvijen od strane istraživačkog laboratorija Američke mornarice, a moguće ga je koristiti i neovisno o alatu CORE. Mi se tim načinom korištenja ovdje nećemo baviti; za više informacija proučite službenu dokumentaciju dostupnu na službenim stranicama alata MGEN.

Odabirom opcije Tools/Traffic... (dokumentacija) otvara se dijalog CORE traffic flows u kojem je moguće klikom na gumb new definirati novi tok paketa. Odabir izvornog i odredišnog čvora vrši se klikom na pravokutnik pored source node, odnosno destination node i zatim na odgovarajući čvor. Pored toga moguće je konfigurirati:

• port za izvor i odredište,
• protocol, TCP ili UDP,
• pattern, odnosno pravilo po kojem će se paketi slati.

U dijelu Traffic options moguće je postaviti način na koji se pokreću podatkovni tokovi:

• kod opcije Do not start traffic flows automatically očekuje se da korisnik nakon pokretanja emulacije pokrene tokove ručno opcijom Start all flows ili Start selected tok po tok, dok
• kod opcije Start traffic flows after all nodes have booted postavlja automatsko pokretanje svih tokova nakon što se pokrenu svi čvorovi.

Stvaranje i konfiguriranje tokova moguće je prije i nakon pokretanja emulacije.

Dodatak: emulacija mrežnog prometa korištenjem netcata

Za generiranje prometa možemo se puslužiti i jednostavim trikom koji uključuje funkcije ljuske bash i alat netcat (naredba nc). Kako bi emulirali protok prometa mrežom, napisati ćemo dva kratka izraza: jedan za slanje, a drugi za primanje paketa. Za naše potrebe je dovoljno ih samo znati koristiti, te nećemo ulaziti u detalje po pitanju značenja.

Na strani primatelja (servera) u ljusci upisujemo:

$ while true; do nc -lp PORT >/dev/null; done

pri čemu je PORT je broj vrata na koje paket primamo.

Na strani pošiljatelja (klijenta) u ljusci upisujemo:

$ while true; do echo "foo" | nc -w 1 X.Y.Z.W PORT; sleep 1; done

pri čemu je X.Y.Z.W IP adresa primatelja paketa, dok je PORT broj vrata na koje paket šaljemo.

Ukoliko istovremeno pokrenemo slanje paketa sa više pošiljatelja na ista vrata jednog primatelja, možemo dobiti poruku "Connection refused". Tu poruku dobijemo zbog kolizije pri primanju nekih paketa na ista vrata sa više izvora, no u tom slučaju paketi koji ne dođu u koliziju putem tih vrata ipak stižu na primatelja.

Author: Vedran Miletić, Domagoj Margan