Redes de ordenadores

router fichero_rutas fichero_conexiones

fichero_rutas es el nombre del fichero donde hemos especificado la tabla de rutas que tiene configurada este router.
fichero_conexiones es el nombre del fichero donde indicamos a qué hub se conecta cada interfaz del router.

DirecciónDeRed Máscara IPNextHop Metrica PuertoLocal

DirecciónDeRed es la dirección de la red destino a la que hace referencia esta entrada.
Máscara es la máscara que se aplica a esa dirección de red.
IPNextHop es la dirección IP del interfaz del siguiente router al que hay que entregar los paquetes para que lleguen a ese destino. Si la red donde está el destino está directamente conectada al interfaz entonces esta dirección debe ser 0.0.0.0
Métrica es el valor de la métrica para esta ruta. Emplearemos como métrica número de saltos.
PuertoLocal es el número del puerto del router por el que deben salir los paquetes para ese destino.

PuertoLocal IPLocal Máscara NombreDelOtroEquipo PuertoDelOtroEquipo

PuertoLocal es el número de puerto del router cuya conexión estamos especificando (numerados desde el 0).
IPLocal es la dirección IP que queremos asignar a este interfaz.
Máscara es la máscara para este interfaz.
NombreDelOtroEquipo es el nombre que tiene el otro equipo (el hub) al que queremos conectar este puerto.
PuertoDelOtroEquipo es el puerto de ese otro equipo en el que queremos conectarlo.

0 130.206.160.1 255.255.0.0 hub0 3
1 10.0.0.1 255.0.0.0 hub1 0

130.206.0.0 255.255.0.0 0.0.0.0 1 0
10.0.0.0 255.0.0.0 0.0.0.0 1 1

%> router mifich_rutas mifich_cnxs &

%> hostrecibe hub1 2 10.0.1.1 255.0.0.0 &
%> hostenvia hub0 0 130.206.4.25 255.255.0.0 130.206.160.1 10.0.1.1 5 1000 300

Recuerde que puede terminar con todos los procesos de la simulación con el comando:

%> killall hub router sonda hostrecibe hostenvia

5.- Interconexión de varias redes (puntuado con el 50% de la práctica)

En este apartado se propone la simulación de la red de la figura 3. En dicha figura las elipses sombreadas no representan ningún elemento que simular sino tan solo lo que engloba cada una de las redes para poder referirnos a ellas. Así por ejemplo la Red 4 está compuesta por un interfaz del Router 1, otro el Router 2 y el hub que se emplea para interconectarlos.

Figura 3.- Variadas redes interconectadas

Emplee la red 10/8 (es decir, la red 10.0.0.0 con máscara 255.0.0.0) para el direccionamiento de todas las redes de la figura. Subdivida el espacio de direcciones disponible como prefiera siempre que cumpla que:

• En cada una de las redes 1, 2 y 3 se puedan conectar al menos 300 hosts (no hace falta que coloque hubs tan grandes como para albergar tantos equipos, reduzca los hubs a un tamaño razonable para los equipos que vaya a simular; con el número mínimo de hosts nos referimos a que haya suficientes direcciones IP libres en la red).
• Los routers 1 y 4 puedan tener una sola entrada en su tabla de rutas para acceder a las redes 3 y 5 (es decir, se puedan juntar ambas en un solo prefijo).
• La mayor cantidad posible de direcciones no se encuentre dentro de ninguna de esas redes y por tanto queden disponibles para futuras ampliaciones.

5.1.- Formato de entrega

Los resultados de este apartado de la práctica 2 deben encontrarse dentro del directorio practica2_1 dentro del $HOME del grupo de prácticas. En dicho directorio deben dejar los ficheros de configuración de los cuatro routers que deben llamarse fconf_routerX_cnx donde X=1,2,3 ó 4 para los ficheros con las conexiones de los routers y fconf_routerX_rutas para los ficheros con las tablas de rutas de los mismos.
Si considera que necesita explicar alguna de las decisiones que ha tomado hágalo en un fichero de texto ASCII de nombre README.TXT que deje en ese mismo directorio.

6.- Implementación del algoritmo de reenvío de un router (puntuado con el 50% de la práctica)

En este apartado vamos a crear el programa que simula el router. En realidad solo la parte que toma las decisiones de reenvío dado un paquete y la tabla de rutas.
El programa se llamará simrouter y será funcionalmente idéntico al programa router descrito con anterioridad. Por tanto las opciones serán las descritas para dicho programa.

Para simplificar la tarea se dispone de unas librerías que se encargan de la parte de comunicación entre los diferentes elementos del simulador así como otra librería muy simple para leer de fichero las tablas de rutas y las conexiones del router. A continuación (subsecciones 6.1 y 6.2) se describe cada una de las librerías. En la subsección 6.3 se detalla cómo debe ser el funcionamiento de este programa que simula un router muy básico y en la subsección 6.4 se especifica el formato de entrega para los resultados de la parte final de esta práctica.

6.1.- Librería para leer la tabla de rutas y ficheros de conexiones libleetab.a

La librería libleetab.a se ofrece para simplificar la lectura de los ficheros con tablas de rutas y de conexiones, sin embargo NO es obligatorio su uso. Si lo desean pueden escribir su propio código para leer estos ficheros, lo cual no es complicado.
La librería se encuentra en /opt3/ro/ficheros/ifacesim/lib/ y el header es /opt3/ro/ficheros/ifacesim/include/libleetab.h.
Las funciones ofrecidas por la librería son las siguientes:

• struct R_entry *lee_tabla_rutas(FILE *ffich, int *numeltos);
  Esta función lee las líneas de un fichero de rutas y devuelve un array donde cada elemento es una estructura con la información contenida en una línea del fichero.
  El primer argumento es el fichero (naturalmente debe estar abierto) con la tabla de rutas. El segundo argumento es la dirección de memoria donde guardar un entero con el número de elementos que tiene el array que se devuelve.
  El valor de retorno es la dirección de memoria del array con las entradas de la tabla de rutas. Cada uno de los elementos del array son del siguiente tipo:

  struct R_entry
  {
      unsigned int	direccionRed; /* En orden de la red */
      unsigned int	mascara; /* En orden de la red */
      unsigned int	nexthop; /* Si vale 0 es que esta directamente conectado */
      unsigned short	metrica; /* El campo de metrica, de momento no utilizado */
      unsigned char	puerto;
  };
  

  Cuando se haya terminado de usar el array que devuelve la función se puede destruir usando la siguiente llamada:


• void destruye_tabla_rutas(struct R_entry *tabla, int numeltos);
  Elimina una tabla de rutas que se ha creado leyendo de fichero con la función lee_tabla_rutas(). El primer argumento es la tabla a destruir y el segundo el número de elementos que hay en la misma.


• struct R_entry *lee_tabla_conexiones(FILE *ffich, int *numeltos);
  Esta función lee las líneas del fichero de conexiones y devuelve un array donde cada elemento es una estructura con la información contenida en una línea del fichero.
  El primer argumento es el fichero (naturalmente debe estar abierto) con la tabla de conexiones. El segundo argumento es la dirección de memoria donde guardar un entero con el número de elementos que tiene el array que se devuelve.
  El valor de retorno es la dirección de memoria del array con las entradas del fichero de conexiones. Cada uno de los elementos del array son del siguiente tipo:

  struct C_entry
  {
      unsigned char	puertolocal;
      unsigned int	direccionIP; /* En prden de la red */
      unsigned int	mascara; /* En orden de la red */
      char		*nombre;
      unsigned char	puertoexterno;
  };
  

  Cuando se haya terminado de usar el array que devuelve la función se puede destruir usando la siguiente llamada:


• void destruye_tabla_conexiones(struct C_entry *tabla, int numeltos);
  Elimina una tabla de conexiones que se ha creado leyendo de fichero con la función lee_tabla_conexiones(). El primer argumento es la tabla a destruir y el segundo el número de elementos que hay en la misma.

6.2.- Librería de integración con el resto de sistemas de simulación libifacesim.a

Los programas que se emplean en esta práctica para crear una simulación usan las funciones de esta librería en la cual se implementa la comunicación entre los diferentes programas (por ejemplo el paso de paquetes de un router a un hub).
La libreía se encuentra disponible en /opt3/ro/ficheros/ifacesim/lib/ y el header con las declaraciones es /opt3/ro/ficheros/ifacesim/include/libifacesim.h.
A continuación se describen las funciones ofrecidas por la librería y cómo deben emplearse:

• int configurar_puerto(unsigned char puertolocal, unsigned int dirIP, unsigned int mascara, char *name, int puertoremoto);
  Esta función sirve para configurar un puerto que tenga la aplicación (por ejemplo cada uno de los puertos de un router o el interfaz de un host). Los argumentos son:
  
  • unsigned char puertolocal: Número del puerto
  • unsigned int dirIP: La dirección IP que se desea asignar al interfaz de ese puerto
  • unsigned int mascara: La máscara de red para ese interfaz
  • char *name: El nombre (como una cadena de texto de C) del dispositivo al que se desea conectar este puerto (por ejemplo el nombre de un hub que exista o se vaya a crear)
  • int puertoremoto: El puerto del dispositivo al que se desea conectar (por ejemplo el número de puerto del hub al que se desea conectar)
  Cada vez que ejecute un programa, los interfaces que se configuren con esta función obtendrán una dirección MAC única en la simulación pero probablemente sea diferente de la dirección MAC que tengan la siguiente vez que se ejecute.
  La función devuelve 0 si se ejecuta con éxito y -1 si se produce un error.


• int iniciar_nucleo(void);
  Una vez se tengan configurados los interfaces de red se debe llamar a esta función para que la librería sepa que puede empezar a hacerse cargo de los paquetes que reciba este programa. A partir de ese momento parte de la librería se encargará de almacenar los paquetes IP que se vayan recibiendo así como de responder a peticiones de ARP. La función devuelve el control rápidamente y se deberá emplear la función recibir_packIP() para ir viendo todos los paquetes IP que se han recibido.
  La función devuelve 0 si se ejecuta con éxito y -1 si se produce un error.


• struct paquete recibir_packIP();
  Esta función sirve para obtener uno de los paquetes IP que hayan llegado a alguno de los interfaces configurados. Si no se ha recibido ninguno entonces la función se bloquea hasta que llegue alguno. Tan solo filtra que el paquete sea IP, no comprueba las direcciones ni nada más, así que el paquete podría tener como IP destino la de este interfaz u otra distinta. El tipo de estructura que devuelve es el siguiente:

  struct paquete
  {
      int	interfaz; /* Interfaz por el que lo ha leido */
      struct Pack_Proto_IP	*cabIP; /* Puntero a la zona de memoria del paquete donde esta la pseudo-cabecera IP */
      void *pack; /* Puntero a la zona de memoria donde se ha guardado el paquete entero */
  };
  

  Donde:
  • int interfaz: Número de interfaz (o puerto) por el que se ha leído el paquete.
  • struct Pack_Proto_IP *cabIP: Puntero a un tipo de estructura que contiene los campos más importantes de la cabecera IP de este paquete.
  • void *pack: Puntero a la zona de memoria donde se encuentra el paquete. No se recomienda emplearlo, cabIP se ha incluido para no tener que decodificar los campos de la cabecera IP del paquete.
  El campo cabIP es un puntero a una estructura del siguiente tipo:

  struct Pack_Proto_IP
  {
      unsigned int	IPsrc, IPdst; /* En el orden de la red */
      unsigned char	ttl, protocolo;
      unsigned short	numbytesdatos; /* En el orden de la red */
  };
  

  Donde:
  • unsigned int IPsrc, IPdst: Respectivamente la dirección IP origen y la dirección IP destino del paquete (ambas en el orden de la red).
  • unsigned char ttl, protocolo: Respectivamente el campo de TTL y el campo de protocolo del paquete IP.
  • unsigned short numbytesdatos: Número de bytes DE DATOS que tiene el paquete IP (DE DATOS, no cuenta el tamaño de la cabecera IP, a diferencia del campo de longitud que se encuentra en una cabecera IP). Esta cantidad se encuentra almacenada en el orden de la red.
  
  
• struct paquete crear_paqueteIP();
  Podemos recibir un paquete de un interfaz de red o podemos crear un nuevo paquete IP desde cero. Para esta segunda alternativa se dispone de esta función. Devuelve un nuevo paquete, a partir de ahí se pueden modificar los valores de la estructura apuntada por el campo cabIP para alterar los parámetros de este paquete IP.


• void destruir_packIP(struct paquete pack);
  Si lo que queremos es eliminar un paquete que hemos recibido y ya hemos procesado o uno que hemos creado y ya no necesitamos más podemos emplear esta función.


• int enviar_paqueteIP(struct paquete pack, unsigned char *macdst, int puerto);
  Una vez que tengamos un paquete IP preparado podemos enviarlo a través de un interfaz con esta función. Sus argumentos son los siguientes:
  • struct paquete pack: Descripción del paquete que queremos enviar. Puede estar creado con crear_paqueteIP() o puede ser un paquete que se ha recibido con recibir_packIP() y al que se le han cambiado algunos valores en sus campos. A la hora de enviar no se consulta el campo interfaz de esta estructura dado que se va a enviar por el interfaz especificado en el tercer argumento (puerto).
  • unsigned char *macdst: Puntero a una zona de memoria de al menos 6 bytes que contiene la dirección MAC del interfaz al que se va a enviar este paquete. Si se desea averiguar este valor mediante un intercambio de paquetes de ARP consulte la función arp_de_ip().
  • int puerto es el puerto de esta máquina por el que se desea enviar el paquete.
  La función devuelve 0 si se ejecuta con éxito y -1 si se produce un error.


• int arp_de_ip(int puerto, unsigned int laip, unsigned char *mac, int timeoutmsecs);
  Esta función sirve para enviar un paquete de ARP preguntando por la drección MAC de la máquina de dirección IP el segundo argumento.
  • int puerto: Puerto por el que se desea enviar la pregunta (el ARP request)
  • unsigned int laip: Dirección IP del interfaz cuya MAC se desea calcular. Debe ir en el orden de la red.
  • unsigned char *mac: Dirección de una zona de memoria donde se puedan almacenar los 6 bytes de la dirección MAC que se espera obtener como respuesta.
  • int timeoutmsecs: Máximo tiempo que se va a estar esperando la respuesta (el ARP Reply). Si se excede este tiempo la función devuelve 0, si se ha recibido la respuesta devuelve 1 y si se produce un error devuelve -1. El timer no es exacto sino que, al igual que muchas implementaciones de la pila TCP/IP, emplea un timer que caduca a intervalos regulares, es decir, solo se comprueba si se ha excedido el tiempo máximo de espera cada cierto tiempo, por debajo de esa escala el timer no es preciso. Las unidades son milisegundos (si se emplea un -1 quiere decir que no se quiere usar el timer con lo que la función puede bloquear al programa indeficindamente si no recibe la respuesta). Se sugiere un timer en el orden de centenares de milisegundos.

6.3.- Descripción del funcionamiento del programa simrouter

Se ofrece un fichero plantilla para comenzar el desarrollo de este programa. Este fichero es /opt3/ro/ficheros/ifacesim/ejemplos/simrouter.c. En él ya se ha escrito la parte para leer las tablas de rutas y la información de conexiones del router. Igualmente se han configurado los interfaces y el programa está listo para recibir y enviar paquetes emplenado las funciones de la librería libifacesim.a. Es decir, falta escribir el bucle infinito que lee y reenvía los paquetes.

El programa debe funcionar como un router que soporte CIDR. Es decir, las redes vendrán definidas por una dirección de red y una máscara y se aplicará a un paquete la ruta con el Longest Match, es decir, aquella que se ajuste y tenga el prefijo más largo.
El router no va a hacer de router multicast ni va a soportar reenvío de broadcasts de red ni de subred ni fragmentación.
El pseudocódigo que debe cumplir la decisión de reenvío para cada paquete y que es lo que se debe implementar es el siguiente:

Si la IP destino del paquete es la de uno de los interfaces locales del router: No hacer nada [fin]
si no (reenviar):
   Decrementar el TTL
   Si el TTL es 0: tirar el paquete [fin]
   si no:
      Buscar en la tabla de rutas la entrada que se ajuste a esta IP destino con el prefijo más largo posible
      Si no se encuentra ninguna: tirar el paquete [fin]
      si se encuentra:
         Si el siguiente salto de la ruta es un gateway: enviar el paquete a la direccion MAC de ese gateway [fin]
         si no, el router ya esta conectado al destino: enviar el paquete a la MAC del host destino [fin]

6.4.- Formato de entrega

Los resultados de este apartado de la práctica 2 deben encontrarse dentro del directorio practica2_2 dentro del $HOME del grupo de prácticas. En dicho directorio deben dejar los ficheros fuente y el makefile para obtener con solo hacer make el programa simrouter.