Versuch IP, BASH, Python auf Layer 2 #

Ziel dieses Versuches ist selber Frames auf Layer 2 zu senden und zu empfangen. Dabei verwenden wir zum einen das Raspberry Pi unter der Verwendung von Ethernet und der Python socket API, sowie Wireshark auf Hostseite um Frames empfangen und untersuchen zu können.

Lektüre #

Fakultativ (zum Nachschlagen) finden Sie Informationen zum Thema Physical Layer im Buch auf dem Active Directory unter Physical Layer.pdf.

• 2.2.2 Twisted-Pair Kabel
• 2.2.5 Glasfaserleiter
• 2.6.1 Aufbau des Telefonsystems
• 2.6.5 Vermittlung
• 2.8 Kabelfernsehen (2.8.4: optional)

BASH Scripts #

Ein Vorteil von konsolenbasierten Programme gegenüber GUI ist deren Fähigkeit automatisiert aufgerufen zu werden. Unter Linux kommen BASH Scripts zum Einsatz. Hier handelt es sich um Files, welche in Sequenz Unterprogramme aufrufen. Zum Beispiel zur konfiguration einer IP Adresse:

#!/bin/bash

echo "Configuring interface eth0"
sudo ifconfig eth0 192.168.50.10 netmask 255.255.255.0
echo "current configuration:"
ifconfig eth0

Erstellen Sie dieses Script unter dem Namen config.sh via Samba im Homeverzeichnis Ihres Targets. Rufen Sie das Script auf dem Target auf via:

cd
bash ./config.sh

Files ausführbar machen #

Idealerweise könnten wir config.sh einfach so, ohne ein bash im Vorfeld aufrufen. Hierzu muss allerdings config.sh ausführbar gemacht werden.

chmod a+x config.sh
ls -al config.sh

Im Terminal wird config.sh nun grün angezeit, dies deutet darauf hin, dass das File ausführbar ist.

./config.sh

bash config.sh

Ethernet #

Auf Layer 2 ist Ethernet neben WLAN heute weit verbreitet und hat speziell im LAN selten Konkurrenz. In diesem Versuch wird gezeigt wie ein Frame auf Layer 2 zusammengebaut und via Ethernet übertragen werden kann.

Setup #

• Raspbery Pi via eth0 192.168.50.1/24
• Host System via eth0 192.168.50.2/24
• Direkte Verbindung via Host und Target mit Ethernetkabel

Setup für den Versuch

Ethernet Frames #

Die Einheit über welche Ethernet Daten austauscht heisst ein "Frame". Ein Ethnernet II Frame setzt sich folgendermassen zusammen.

Während Ethernet als Träger für Protokolle wie ARP, ICMP, IPv4, IPv6 verwendet wird, könne auch "handgeschmiedete" Frames erstellt werden. Hierzu eignen sich vor allem Hardwarenahe APIs. Unter Linux findet man die socket API, diese wird für den Zugriff aufs Netzwerk von Kernel und Userspace Applikationen verwendet.

Die häufigste Anwendung für Sockets sind die types SOCK_STREAM und SOCK_DGRAM welche TCP und UDP entsprechen. Während wir in späteren Übungen mit beiden Protokollen arbeiten werden, ist für diesen Versuch im Speziellen SOCK_RAW interessant.

Aus dem MAN Eintrag von packet entnehmen Sie folgendes:

Netzwerk für Host und Target #

Wie im letzten mal beschrieben setzen wir auf der Hostmaschine die IP Adresse vom Ethernetinterface von Hand in den Windows Versuch: Tools .

Auf dem Target, welches über z.B. UART (alternativ SSH) angeschlossen ist, konfigurieren wir das Ethernetinterface eth0 via Commandline

ifconfig eth0 192.168.50.1/24

Beide Maschinen sind somit im gleichen Netz (192.168.50.0) (natürlich ist eine physikalische Verbindung mit Ethernetkabel an dieser Stelle vorausgesetzt).

Verifizieren Sie, dass die Maschinen erreichbar sind, vom Target aus:

ping 192.168.50.2

Code Editor #

Im Versuch: Tools haben Sie bereits einen Texteditor und das Target via Netzlaufwerk eingebunden. Dies vereinfacht vorallem das bearbeiten von Text oder Sourcecode.

Erstellen Sie im Home Verzeichnis vom Target einen neuen Order link-layer. Erstellen Sie ein file hello.py und editieren Sie es anschliessen mit dem Texteditor.

Fügen Sie folgendes Pythonscript ein:

def main():
    print("hello world!")
    

if __name__ == '__main__':
    main()

Hello World auf dem Target #

Auf dem Target wechseln sie in das soeben erstellte Directory.

cd ~/link-layer/

Jetzt führen Sie den Code aus

python hello.py
hello world!

Auf dem Target können Sie so selber Python Programme ausführen.

Layer 2 Frames auf dem Target #

Erstellen Sie eine neue Datei rawsocket.py mit folgendem Inhalt.

#!/usr/bin/python3
from socket import socket, SOCK_RAW, AF_PACKET

sock = None

message = b"""
Dear Receiver of this message

I am happy to announce the successful departure
of a layer 2 frame.

While none of the required headers are set
and thus this packet may never pass either 
a single- nor a multiport bridge, you on the other
hand will receive this message regardless of
convetions and contracts.

Thank you for the interest you are taking
in reading this string of information and
farewell.

Yours truly
Sender
"""


def main():
    print("welcome to the second layer")
    sock = socket(AF_PACKET, SOCK_RAW)

    # ethernet interface hier waehlen
    # entweder eth0 / eth1
    sock.bind(("eth0", 0))
    sock.send(message)


if __name__ == '__main__':
    main()

Führen Sie das Programm auf dem Target aus.

sudo python rawsocket.py

Aufzeichnen der Frames #

Auf Hostseite könne nun die Layer 2 Frames inspiziert werden. Dazu verwenden wir den bereits installierten Wireshark.

Blinky Ping #

Ping ist ein Tool, welches auf Layer 3 ein ICMP Packet sendet. Mit einer minimalen Python Applikation hören wir auf ICMP Requests und lassen ein LED kurz blinken, sobald ein solches Paket eintrifft.

Hardware Setup #

Verwenden Sie die beim Raspi-Kit mitgegebne LED und schliessen Sie diese wiefolgt an:

Erstellen Sie folgendes Python Script:

#!/usr/bin/python3

from gpiozero import LED
from time import sleep
import socket


def main():

    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP)
    sock.bind(("0.0.0.0", 0))

    print("ping receiver")

    led = LED(18)

    while True:
        (data, addr) = sock.recvfrom(1024)

        print(f"data {data}")
        print(f"from: {addr}")

        led.on()
        sleep(0.1)
        led.off()


if __name__ == "__main__":
    main()

Speichern Sie das Script im gleichen Verzeichnis wie vorhin unter dem namen ping.py. Um das File ausführbar zu machen, navigieren Sie mit der BASH / Console ins entsprechende Verzeichnis und führen aus chmod a+x ping.py.

Starten Sie das Script nun mit sudo ./ping.py.

Testen #

Von Ihrem Hostsystem pingen Sie nun das Target und beobachten ob die LED kurz aufblinkt.