2022年11月号特集第1部サポート・ページ｜ Interface

お知らせ 2022年9月24日

Interface編集部

2022年11月号特集第1部サポート・ページ

●このページで解説すること

本サポート・ページでは，2022年11月号特集第1部「仮想ルータ作りで学ぶネットワークの基本」で作成するルータ・プログラムを動かす仮想ネットワーク環境の構築手順と，通信実験の手順を解説します．基本的には本誌と同じ内容ですが，ここではルータ・プログラムを試す手順に焦点を当てて，コマンドやプログラムの実行方法についてより詳しく説明します．

ここでは，Windows 10（ビルド番号19041以上）のWSL（Windows Subsystem for Linux）機能を使った場合を想定して説明します．WSLによるLinuxの仮想マシンには，Ubuntu 20.04を使用します．

●仮想ネットワーク環境の構築手順

▼手順1：WSL機能のインストール

Windowsのスタート・ボタンを右クリックして，［Windows Power Shell（管理者）］を選択し，コマンドを入力するターミナルを起動します．起動したら，次のコマンドを実行します．

> wsl --install

▼手順2：Linuxディストリビューションのインストール

Windows Power Shellで次のコマンドを実行します．

> wsl --install -d Ubuntu

インストールが完了すると，新しいターミナルが立ち上がり，ユーザ名の入力が求められます．ここでユーザ名とパスワードを登録するとLinux環境が利用できるようになります．

▼【補足】一括実行シェル・スクリプト

手順3～手順6のコマンドは，一括実行のシェル・スクリプトを用意しています．下記のコマンドを実行すれば，手順3～手順6をスキップできます．

$ git clone https://github.com/kametan0730/interface_2022_11.git

$ cd interface_2022_11/netns-scripts/

$ chmod 744 chapter1-netns.sh

$ sudo ./chapter1-netns.sh

▼手順3：namespaceを作成する

ここからは，図1に示す実験用のネットワークを仮想的に構築します．Ubuntuのターミナルで次のコマンドを実行して，4つのnamespaceを作成します．

$ sudo ip netns add host1

$ sudo ip netns add router1

$ sudo ip netns add router2

$ sudo ip netns add host2

図1　仮想的に構築する実験用ネットワークの構成

▼手順4：リンクを作成する

次のコマンドを実行して，リンクを作成します．

$ sudo ip link add name host1-router1 type veth peer name router1-host1

$ sudo ip link add name router1-router2 type veth peer name router2-router1

$ sudo ip link add name router2-host2 type veth peer name host2-router2

▼手順5：作成したリンクをnamespaceに接続する

手順4で作成したリンクを，手順3で作成したnamespaceに接続します．

$ sudo ip link set host1-router1 netns host1

$ sudo ip link set router1-host1 netns router1

$ sudo ip link set router1-router2 netns router1

$ sudo ip link set router2-router1 netns router2

$ sudo ip link set router2-host2 netns router2

$ sudo ip link set host2-router2 netns host2

▼手順6：リンクの設定

次のコマンドを実行して，各namespaceのリンクを設定します．ここでは，ip netns execコマンドを使ってnamespace内でコマンドを実行します．IPアドレスの設定，リンクのアップ，ネットワーク・インターフェースのオフローディングの無効化，経路の設定，ルータでのIPフォワーディングの有効化を行います．

# host1のリンクの設定

$ sudo ip netns exec host1 ip addr add 192.168.1.2/24 dev host1-router1

$ sudo ip netns exec host1 ip link set host1-router1 up

$ sudo ip netns exec host1 ethtool -K host1-router1 rx off tx off

$ sudo ip netns exec host1 ip route add default via 192.168.1.1

# router1のリンクの設定

$ sudo ip netns exec router1 ip addr add 192.168.1.1/24 dev router1-host1

$ sudo ip netns exec router1 ip link set router1-host1 up

$ sudo ip netns exec router1 ethtool -K router1-host1 rx off tx off

$ sudo ip netns exec router1 ip addr add 192.168.0.1/24 dev router1-router2

$ sudo ip netns exec router1 ip link set router1-router2 up

$ sudo ip netns exec router1 ethtool -K router1-router2 rx off tx off

$ sudo ip netns exec router1 ip route add default via 192.168.0.2

$ sudo ip netns exec router1 sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

# router2のリンクの設定

$ sudo ip netns exec router2 ip addr add 192.168.0.2/24 dev router2-router1

$ sudo ip netns exec router2 ip link set router2-router1 up

$ sudo ip netns exec router2 ethtool -K router2-router1 rx off tx off

$ sudo ip netns exec router2 ip route add default via 192.168.0.1

$ sudo ip netns exec router2 ip addr add 192.168.2.1/24 dev router2-host2

$ sudo ip netns exec router2 ip link set router2-host2 up

$ sudo ip netns exec router2 ethtool -K router2-host2 rx off tx off

$ sudo ip netns exec router2 sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

# host2のリンクの設定

$ sudo ip netns exec host2 ip addr add 192.168.2.2/24 dev host2-router2

$ sudo ip netns exec host2 ip link set host2-router2 up

$ sudo ip netns exec host2 ethtool -K host2-router2 rx off tx off

$ sudo ip netns exec host2 ip route add default via 192.168.2.1

▼手順7：namespace同士で通信してみる

次のコマンドでhost1のbashを実行します．

$ sudo ip netns exec host1 bash

host1からhost2のIPアドレスである192.168.2.2に向けてpingを打ってみます．

(host1):~# ping 192.168.2.2

PING 192.168.2.2 (192.168.2.2) 56(84) bytes of data.

64 bytes from 192.168.2.2: icmp_seq=1 ttl=63 time=0.094 ms

…

正しくnamespaceの設定ができていれば，pingが疎通します．シェルを実行したnamespaceから抜けるときはexitコマンドを使います．

▼手順8：router1のルータ機能を無効化する

次のコマンドを実行して，router1のルータ機能を無効化します．

$ sudo ip netns exec router1 sysctl -w net.ipv4.ip_forward=0

▼手順9：namespace名をプロンプトに表示する

次のコマンドを実行して，rootユーザのホーム・ディレクトリにある.bashrcを開きます．

$ sudo nano /root/.bashrc

.bashrcを開いたら，ファイルの最後に次の内容を追加します．

if [ `ip netns identify| wc -m` -gt 1 ]; then

    PS1='\[\e]0;\u@\h: \w\a\]${debian_chroot:+($debian_chroot)}\[\033[01;36m\]\u@\h($(ip netns identify))\[\033[00m\]:\[\033[01;34m\]\w\[\033[00m\]\$ '

fi

追加したら，次のコマンドを実行して，プロンプトにnamespace名が表示されるか確認します．

$ sudo ip netns exec router1 bash
root@asus1(router1):/home/daiya#

以上で環境構築は完了です．

●第1章実験…受信プログラムを動かしてみる

先ほど構築した仮想ネットワーク環境を使って，実際にプログラムを動かしてみます．第1章で作成した受信プログラムのソースコードは，次のURLからも入手できます．

https://github.com/kametan0730/interface_2022_11

▼手順1：プログラムを入手する

次のコマンドを実行して，受信プログラムのソースコードをダウンロードします．

$ git clone https://github.com/kametan0730/interface_2022_11.git

▼手順2：プログラムをビルドする

次のコマンドを実行して，受信プログラムのソースコードが入っているディレクトリに移動します．

$ cd interface_2022_11/chapter1/

次のコマンドを実行して，受信プログラムのソースコードをビルドします．

$ make all

▼手順3：router1のnamespaceから受信プログラムを実行する

次のコマンドを実行して，router1のbashを実行します．

$ sudo ip netns exec router1 bash

次のコマンドを実行して，受信プログラムを実行します．

(router1):# sudo make run

./build/curo
Skipped to enable interface lo
Skipped to enable interface tunl0
Skipped to enable interface sit0
Created device router1-host1 socket 3 address 22:3b:ab:6b:40:fa
Created device router1-router2 socket 4 address 8a:cb:22:99:c8:0a

▼手順4：host1からpingコマンドを実行してみる

別のターミナル・ウィンドウを起動して，次のコマンドを実行します．host1からpingコマンドを実行してみます．

$ sudo ip netns exec host1 bash

(host1):~# ping 192.168.2.2

すると，router1のターミナルに，次のような標準出力が表示されます．

Received 98 bytes from router1-host1: 223bab6b40fa224f8cb562b…
Received 98 bytes from router1-host1: 223bab6b40fa224f8cb562b…
…

以上で受信プログラムの動作確認は完了です．

●第2章実験…ルータ・プログラムによるARPの解決

▼手順1：環境構築用シェル・スクリプトの実行

次のコマンドを実行して，実験用の仮想ネットワーク環境を構築します．

$ cd interface_2022_11/netns-scripts/

$ chmod 744 chapter2-netns.sh

$ sudo ./chapter2-netns.sh

▼手順2：arpingコマンドでARPリクエストを生成する

次のコマンドを実行して，arpingコマンドをインストールします．

$ sudo apt install arping

router1のnamespace でルータ・プログラムを動かします．

$ cd interface_2022_11/chapter2/

$ make all

$ sudo ip netns exec router1 bash

(router1):# sudo make run

host1のnamespaceで次のコマンドを実行し，ARPリクエストを生成します．

$ sudo ip netns exec host1 bash

(host1):~# arping -i host1-router1 192.168.1.1

次に示すようなARPの応答が返ってきたら成功です．

ARPING 192.168.1.1

60 bytes from ce:5b:bc:cd:13:b6 (192.168.1.1): index=0 time=7.300 usec

60 bytes from ce:5b:bc:cd:13:b6 (192.168.1.1): index=1 time=117.000 usec

…

●第3章実験1…pingコマンドの実行

実験用の仮想ネットワーク環境は，第2章で構築したものと同じです．

▼手順1：ルータ・プログラムの実行

router1のnamespace でルータ・プログラムを動かします．

$ cd interface_2022_11/chapter3/

$ make all

$ sudo ip netns exec router1 bash

(router1):# sudo make run

▼手順2：pingコマンドの実行

host1のnamespaceでpingコマンドを実行します．

$ sudo ip netns exec host1 bash

(host1):~# ping 192.168.1.1

PING 192.168.1.1 (192.168.1.1) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=1 ttl=255 time=0.485 ms 64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=2 ttl=255 time=0.091 ms …

ping応答が無事返ってきたら成功です．

●第3章実験2…tracerouteコマンドを実行する

実験用の仮想ネットワーク環境は，第2章で構築したものと同じです．

第3章実験1のときにrouter1で実行したルータ・プログラムは，実行したままにします．

▼手順1：tracerouteコマンドをインストールする

次のコマンドを実行して，tracerouteコマンドをインストールします．

$ sudo apt install traceroute

▼手順2：tracerouteコマンドを実行してみる

host1のnamespaceで，tracerouteコマンドを実行します．

（本誌のp.61 ↓10行目のコマンドは誤りです．お詫びして訂正します）

(host1):~# traceroute 192.168.1.1 -n

traceroute to 192.168.1.1 (192.168.1.1), 30 hops max, 60 byte packets 1 192.168.1.1 0.075 ms 0.105 ms 0.155 ms

●第4章実験①…分岐の無いネットワークでルーティング機能を試す

実験用の仮想ネットワーク環境は，第2章で構築したものと同じです．

▼手順1：ルータ・プログラムの実行

router1のnamespace でルータ・プログラムを動かします．

$ cd interface_2022_11/chapter4/

$ make all

$ sudo ip netns exec router1 bash

(router1):# sudo make run

▼手順2：ping/tracerouteコマンドを打ってみる

host1のnamespaceでpingコマンドを実行します．

$ sudo ip netns exec host1 bash

(host1):~# ping 192.168.2.2 PING 192.168.2.2 (192.168.2.2) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.2.2: icmp_seq=3 ttl=62 time=0.081 ms 64 bytes from 192.168.2.2: icmp_seq=4 ttl=62 time=0.249 ms …

host1のnamespaceでtracerouteコマンドを実行します．

(host1):~# traceroute 192.168.2.2 -n

traceroute to 192.168.2.2 (192.168.2.2), 30 hops max, 60 byte packets

1 192.168.1.1 0.059 ms 0.065 ms 0.034 ms

2 192.168.0.2 0.473 ms 0.746 ms 0.890 ms

3 192.168.2.2 1.081 ms 1.074 ms 1.073 ms

●第4章実験②…分岐のあるネットワークでルーティング機能を試す

▼手順1：環境構築用シェル・スクリプトの実行

次のコマンドを実行して，実験用の仮想ネットワーク環境を構築します．

$ cd interface_2022_11/netns-scripts/

$ chmod 744 chapter4-2-netns.sh

$ sudo ./chapter4-2-netns.sh

図2　ルーティング機能を試す実験の仮想ネットワーク環境構成

▼手順2：ルータの設定を変更する

main.cppを編集して，ルータの設定を変更します．

【変更前】

void configure(){
  configure_ip_address(
    get_net_device_by_name("router1-host1"),
    IP_ADDRESS(192, 168, 1, 1),
    IP_ADDRESS(255, 255, 255, 0));
  configure_ip_address(
    get_net_device_by_name("router1-router2"),
    IP_ADDRESS(192, 168, 0, 1),
    IP_ADDRESS(255, 255, 255, 0));
  configure_ip_net_route(
    IP_ADDRESS(192, 168, 2, 0), 24,
    IP_ADDRESS(192, 168, 0, 2));
}

【変更後】

void configure(){

  configure_ip_address(
    get_net_device_by_name("router1-host1"),
    IP_ADDRESS(192, 168, 1, 1),
    IP_ADDRESS(255, 255, 255, 0));

  configure_ip_address(
    get_net_device_by_name("router1-router2"),
    IP_ADDRESS(192, 168, 0, 1),
    IP_ADDRESS(255, 255, 255, 0));

 configure_ip_address(get_net_device_by_name("router1-router3"),
    IP_ADDRESS(192, 168, 3, 1),
    IP_ADDRESS(255, 255, 255, 0));

  configure_ip_net_route(
    IP_ADDRESS(192, 168, 2, 0), 24,
    IP_ADDRESS(192, 168, 0, 2));

  configure_ip_net_route(
    IP_ADDRESS(192, 168, 4, 0), 24,
    IP_ADDRESS(192, 168, 3, 2));

▼手順3：ルータ・プログラムの実行

router1のnamespace でルータ・プログラムを動かします．

$ cd interface_2022_11/chapter4/

$ make all

$ sudo ip netns exec router1 bash

(router1):# sudo make run

▼手順4：pingコマンドを打ってみる

host1のnamespaceでhost2に対するpingコマンドを実行します．

$ sudo ip netns exec host1 bash

(host1):~# ping 192.168.2.2 PING 192.168.2.2 (192.168.2.2) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.2.2: icmp_seq=2 ttl=62 time=0.915 ms 64 bytes from 192.168.2.2: icmp_seq=3 ttl=62 time=0.218 ms…

続いて，host1のnamespaceでhost3に対するpingコマンドを実行します．

(host1):~# ping 192.168.4.2

PING 192.168.4.2 (192.168.4.2) 56(84) bytes of data.

64 bytes from 192.168.4.2: icmp_seq=2 ttl=62 time=0.498 ms

64 bytes from 192.168.4.2: icmp_seq=3 ttl=62 time=0.422 ms

…

★第5章の実験手順については近日中に公開します★

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