5 Диагностика локальных сетей и Интернет

Документирование сети

Начинать надо с исчерпывающего документирования аппаратной и программной части сети. Администратор всегда должен иметь под рукой схему сети, отвечающую реальному положению на текущий момент, и подробное описание конфигурации программного обеспечения с указанием всех параметров (физические и IP-адреса всех интерфейсов, маски, имена ЭВМ, маршрутизаторов, значения MTU, MSS, TTL и других системных переменных, типовые значения RTT и других параметров сети, измеренных в разных режимах.).

В пределах локальной сети поиск неисправности возможен с помощью временного деления ее на части. По мере интеграции сети в Интернет такие простые меры становятся недостаточными или недопустимыми. Но не следует пренебрегать такими простыми средствами, как проверка отсутствия обрыва или закоротки сетевого кабеля. Нужно помнить, что сопротивление сегмента толстого коаксиального кабеля не должно превышать 5 Ом, тонкого - 10 Ом, а скрученные пары не должны иметь сопротивление больше 11,8 Ом (22AWG) и соответственно 18,8 Ом (24AWG) из расчета на 100 м.

Ниже будет предполагаться, что сеть на физическом уровне использует стандарт Ethernet, а для межсетевой связи протокол TCP/IP (Интернет). Этим перечнем разнообразие сетевых сред не исчерпывается, но многие приемы и программные диагностические средства с успехом могут использоваться и в других случаях. Большинство из рассматриваемых программ работают в среде UNIX, но существуют их аналоги и для других ОС.

Источником диагностической информации может быть компьютер, его процессор (например, Itanium содержит регистры, которые фиксируют число целочисленных и плавающих операций), сетевой интерфейс, операционная система, установленная на машине, сетевые перключатели, маршрутизаторы и т.д.

Программные средства диагностики

Диагностические команды ОС

Таблица 5.1.

Использование протокола ICMP

Протокол ICMP используется в наиболее популярной диагностической программе ping входит в поставку практически всех сетевых пакетов). Возможная форма вызова этой программы имеет вид:

размер пакета задается в байтах (по умолчанию равно 56). Процедура выполнения ping может быть прервана нажатием клавиш ctrl-C. В различных реализациях программа ping имеет много различных опций, которые позволяют измерять статистические характеристики канала (например, потери), определение задержки в канале (RTT), отображение посылаемых пакетов и получаемых откликов, а также определение маршрута до интересующего объекта. Ping используется для определения доступности сервис-провайдера и т.д. Иногда ping является составной частью более мощной диагностической программы (например, netwatch). Ниже приведен пример использования команды tracetoute, которая во многом эквивалентна ping (но базируется непосредственно на IP, используя соответствующие опции):

traceroute kirk.Bond.edu.au (посмотрим, как идут пакеты до этого сервера в Австралии)

(IP-адрес=131.244.1.1 узнан, зондирование начинается, допустимо не более 30 шагов)

traceroute to kirk.Bond.edu.au (131.244.1.1) 30 hops max, 40 byte packets
1 ITEP-FDDI-BBone (193.124.224.50) 2 ms 2 ms 2 ms
2 MSU-Tower-2.Moscow.RU.Radio-MSU.net (194.67.80.65) 3 ms 3 ms 3 ms
3 NPI-MSU.Moscow.RU.Radio-MSU.net (194.67.80.5) 4 ms 3 ms 3 ms
4 NPI-P.Moscow.RU.Radio-MSU.net (194.67.80.18) 4 ms 5 ms 4 ms
5 DESY-P.Hamburg.DE.Radio-MSU.net (194.67.80.14) 317 ms 310 ms 329 ms
6 DESY.Hamburg.DE.Radio-MSU.net (194.67.82.17) 312ms 320ms 312ms (маршрут через Германию)
7 188.1.56.5 (188.1.56.5) 321 ms 357 ms 327 ms
8 188.1.56.10 (188.1.56.10) 347 ms 467 ms 356 ms
9 DE-f0-0.eurocore.bt.net (194.72.24.193) 331 ms 337 ms 331 ms
10 NL-s1-1.eurocore.bt.net (194.72.24.202) 355 ms 435 ms 343 ms
11 NL-f0.dante.bt.net (194.72.24.2) 367 ms 353 ms 573 ms
12 New-York2.dante.net (194.72.26.10) 497ms 493ms 489ms (пересекли Атлантический океан)
13 f1-0.t32-0.New-York.t3.ans.net (204.149.4.9) 546 ms 501 ms 490 ms
14 h5-0.t36-1.New-York2.t3.ans.net (140.223.33.10) 540 ms 506 ms 571 ms
15 * f2.t36-0.New-York2.t3.ans.net (140.223.36.221) 503 ms 505 ms
16 h13.t40-0.Cleveland.t3.ans.net (140.223.37.10) 802 ms 795 ms 523 ms
17 h14.t24-0.Chicago.t3.ans.net (140.223.25.9) 537 ms 509 ms 526 ms
18 h13.t96-0.Denver.t3.ans.net (140.223.25.18) 545 ms 531 ms 545 ms
19 h12.t8-0.San-Francisco.t3.ans.net (140.223.9.17) 853 ms 584 ms 592 ms
20 border2-fddi1-0.SanFrancisco.mci.net (206.157.77.1) 563 ms 591 ms 753 ms
21 telstra-ds3.SanFrancisco.mci.net (204.70.33.10) 691 ms * 691 ms
22 telstra.SanFrancisco.mci.net (204.70.204.6) 759 ms 815 ms 753 ms (достигли Тихого океана)
23 Fddi0-0.pad-core2.Sydney.telstra.net (139.130.249.227) 766 ms 1054 ms 837 ms (океан позади - Австралия!)
24 Serial4-4.cha-core1.Brisbane.telstra.net (139.130.249.202) 781 ms 776 ms 810 ms
25 qld-new.gw.au (139.130.247.227) 836 ms 917 ms 806 ms
26 139.130.5.2 (139.130.5.2) 816 ms 796 ms 811 ms
27 203.22.86.241 (203.22.86.241) 800 ms 787 ms 838 ms
28 203.22.86.194 (203.22.86.194) 850 ms 790 ms 768 ms
29 kirk.Bond.edu.au (131.244.1.1) 781 ms (ttl=226!) 918 ms (ttl=226!) 799 ms (ttl=226!)

Цель достигнута за 29 шагов! (Путь бывает и длиннее, но редко).

Программа traceroute посылает по три пакета с нарастающими значениями TTL, если отклик на пакет не получен печатается символ *. Большие задержки (RTT) в приведенном примере определяются спутниковыми каналами связи (время распространения сигнала до спутника!).

Для того чтобы правильно реагировать на нештатные ситуации, надо хорошо представлять себе, как сеть должна работать в нормальных условиях. Для этого надо изучить сеть, ее топологию, внешние связи, конфигурацию программного обеспечения центральных серверов и периферийных ЭВМ. Следует иметь в виду, что изменение конфигурации является обычно привилегией системного администратора и в любых сомнительных случаях нужно обращаться к нему. Неквалифицированные действия при реконфигурировании системы могут иметь катастрофические последствия.

Сетевое оборудование, имеющееся в BSD UNIX-системе, описано в документации intro(4), которая доступна через справочную систему man, например:

man - 4 intro | grep Ether (Выделенная строка представляет собой команду, введенную с клавиатуры, следующий за ней текст - отклик ЭВМ на эту команду)
a network interface for the 10-Megabit Ethernet, along with
SunOS supports the 10-Megabit Ethernet as its primary net-
ie ie(4S) Intel 10 Mb/s Ethernet interface
le le(4S) LANCE 10Mb/s Ethernet interface

Для того чтобы получить дополнительную информацию об этих интерфейсах, можно выдать команду dmesg (или просмотреть файл /usr/adm/messages):

dmesg | grep le0
le0 at SBus slot f 0xc00000 pri 6 (onboard)
le0: AUI Ethernet

Работа сетевого обеспечения базируется на нескольких резидентных программах (демонах): routed и gated (маршрутизация), named (сервер имен), inetd (Интернет услуги). Перечень демонов базовых услуг представлен в таблице 5.2.

Таблица 5.2. Основные TCP/IP демоны

Конфигурация inetd определяется содержимым файла /etc/inetd.conf. Для ознакомления с содержимым файла достаточно с клавиатуры ввести команду:

head -16 /etc/inetd.conf
# @(#)inetd.conf 1.24 92/04/14 SMI
# Configuration file for inetd(8). See inetd.conf(5).
# To re-configure the running inetd process, edit this file, then
# send the inetd process a SIGHUP.
# Internet services syntax:
# <service_name> <socket_type> <proto> <flags> <user> <server_pathname> <args>
# Ftp and telnet are standard Internet services.

ftp stream tcp nowait root /usr/etc/wrapper.3.9.4/tcpd /usr/local/etc/ftpd -lio

Строки, начинающиеся с символа #, являются комментариями. В данном примере представлена одна информативная строка (их может быть много больше), характеризующая файловый обмен. Каждая строка в этом файле начинается с имени ресурса (в приведенном примере ftp). Далее следует поле типа соединителя (socket): stream (TCP поток байтов); dgram - передача данных в виде UDP-дейтограмм. Следующее поле характеризует протокол, используемый данным видом сервиса (TCP или UDP). За ним идет поле, которое описывает способ реализации процедуры (wait/nowait; для поточных серверов nowait). Следующее поле представляет собой идентификатор пользователя (UID), но обычно пользователем является системный администратор - root. Встречается два исключения. Процедура finger выполняется с UID=nobody или daemon, а uucp использует реальное имя пользователя. За полем uid следует поле сервера (в примере /usr/etc/wrapper.3.9.4/tcpd /usr/local/etc/ftpd). В это поле заносится полное описание пути к программе-серверу, запускаемой inetd. Завершающим полем является поле аргументы, куда записывается строка, передаваемая программе-серверу. Содержимое файла inetd.conf должно быть предметом особой заботы администратора, так как от содержимого этого файла зависит эффективная работа сети и ее безопасность.

Применение DNS для целей диагностики

Как уже отмечалось выше, одним из важнейших частей любого узла Интернет является сервер имен (DNS). Конфигурация DNS-сервера определяется тремя файлами: named.boot, named.ca и named.local. Зонная информация содержится в файле named.rev, а данные о локальном домене в файле named.hosts. Отладка, контроль и диагностика DNS-сервера осуществляется с использованием программ nslookup (или dig). Рассмотрим пример использования процедуры nslookup (здесь выполнены запросы по серверам имен, по почтовым серверам и по параметрам зоны ответственности):

Nslookup(запуск сервера)
Default Server: ns.itep.ru
Address: 193.124.224.35
set type=NS(запрос данных о серверах имен)
> > Server: ns.itep.ru
Address: 193.124.224.35

Non-authoritative answer:

Authoritative answers can be found from (официальные данные могут быть получены от):

set type=ANY(запрос всей информации)
..........................................
Non-authoritative answer:

Authoritative answers can be found from:

...................................
Non-authoritative answer:

(Параметр preference характеризует степень предпочтения почтового сервера, чем он ниже - тем выше предпочтение.)

Authoritative answers can be found from:

set type=SOA(запрос параметров, зоны сервера имен, см. RFC-1034-35)
.......................................
Non-authoritative answer (см. документы RFC-1034-35):

Authoritative answers can be found from:

Рассмотренный пример показывает, что DNS-сервер весьма важный объект узла, от него зависит скорость обслуживания запросов и надежность системы в целом. Именно по этой причине помимо основного любой узел имеет несколько вторичных DNS-серверов.

Программа dig функционально является аналогом nslookup, но в прикладном плане имеет определенные отличия, она снабжена рядом полезных опций (таблица 5.3):

Таблица 5.3 Опции программы dig

Ниже приведен пример использования команды dig для сервера имен узла DESY (Гамбург):

dig @vxdesy.desy.de ns
; <<>> DiG 2.0 <<>> @vxdesy.desy.de ns
; (3 servers found)
;; res options: init recurs defnam dnsrch
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 10
;; flags: qr rd ra; Ques: 1, Ans: 9, Auth: 9, Addit: 9
;; QUESTIONS:
;;., type = NS, class = IN
;; ANSWERS:

;; AUTHORITY RECORDS:

;; ADDITIONAL RECORDS:

;; FROM: ns.itep.ru to SERVER: vxdesy.desy.de 131.169.30.46
;; WHEN: Thu Jul 25 12:07:54 1996
;; MSG SIZE sent: 17 rcvd: 429

Программа ifconfig служит для контроля состояния сетевых интерфейсов, их конфигурирования и проверки. С помощью этой команды интерфейсу присваивается IP-адрес, субсетевая маска и широковещательный адрес. Примером использования ifconfig для получения информации об интерфейсе может служить:

le0: flags=863<UP,BROADCAST,NOTRAILERS,RUNNING,MULTICAST>
inet 193.124.224.35 netmask ffffffe0 broadcast 193.124.224.32

Флаг UP означает, что интерфейс готов к использованию, DOWN указывает на необходимость перевода интерфейса в состояние UP с помощью команды ifconfig le0 up. Если эта команда не проходит, следует проверить соединительный кабель или сам интерфейс. Флаг RUNNING говорит о том, что интерфейс работает. При отсутствии этого флага следует проверить правильность инсталляции. Флаг BROADCAST указывает на то, что интерфейс поддерживает широковещательный режим адресации (MULTICAST - допускает многоадресное обращение). Флаг NOTRAILERS - показывает, что интерфейс не поддерживает trailer-инкапсуляцию (Ethernet). Вторая строка отклика на команду начинается с ключевого слова inet (Интернет) и содержит IP-адрес, маску субсети и широковещательный адрес. На ошибку в задании маски субсети указывает факт доступности удаленных ЭВМ и машин локальной субсети при недоступности ЭВМ соседних субсетей. При неверном задании IP-адреса возможны самые разные ошибки. При неверной сетевой части адреса команда Ping будет вызывать ошибку типа "no answer". Ошибка же в части адреса, характеризующей ЭВМ, может быть не замечена в течение длительного времени, если носителем ошибочного адреса является персональная ЭВМ, обращений к которой извне не происходит. Определенное время можно использовать и чужой IP-адрес. Такого рода ошибки не могут быть выявлены с помощью ifconfig, здесь хорошую службу может оказать программа arp (см. описание протокола в RFC-826). Эта программа позволяет анализировать преобразование IP-адресов в физические (Ethernet). Она имеет несколько полезных опций (возможны вариации для разных реализаций и ОС):

Ниже приведен пример исполнения команды arp, которая печатает имя объекта, его IP- и физический адреса (следует иметь в виду, что содержимое ARP-таблиц изменяется со временем, время хранения записи задается администратором сети):

Указанием на наличие ошибки в ARP-таблице может служить сообщение о недоступности или неизвестности ЭВМ при выполнении команд типа FTP или telnet. Такие сообщения возможны, например, при использовании одного и того же IP-адреса двумя ЭВМ. Все зависит от того, какая из машин успела "прописаться" в ARP-таблице раньше. Просматривая таблицу, администратор может заметить, что одному и тому же IP-адресу временами соответствуют разные физические адреса. Легальность адреса может быть проверена с помощью содержимого файла /etc/ethers. Первые три байта физического адреса характеризуют производителя интерфейса (см. Assigned Numbers, RFC-1700), что может помочь найти "IP-двойника". Если анализ ARP-таблицы не помог, попробуйте войти в ЭВМ, соответствующую подозрительному адресу, с помощью команды telnet. Если ЭВМ допускает удаленный доступ, характер входного сообщения поможет разобраться, что это за машина.

Применение NETSTAT

Одной из наиболее информативных команд является netstat (за исчерпывающим описанием опций и методов применения отсылаю к документации на ваше сетевое программное обеспечение). Эта команда может вам дать информацию о состоянии интерфейсов на ЭВМ, где она исполнена:

Name - имя интерфейса, если в этом поле стоит *, это означает, что интерфейс в состоянии down; Net/Dest - показывает IP-адрес сети или ЭВМ, куда интерфейс осуществляет доступ; Address - IP-адрес интерфейса; Ipkt - число принятых пакетов; Ierr - число ошибок при приеме пакетов; Opkts - число отправленных пакетов через данный интерфейс, Oerrs - число ошибок при отправке; Collis - число столкновений в сегменте Ethernet, зафиксированных интерфейсом; Queue - длина очереди пакетов, ждущих отправки. Программа nrtstat позволяет ознакомиться и с маршрутной таблицей:

Маршрутная таблица

Колонка место назначения указывает на конечную точку маршрута, колонка маршрутизатор - имя маршрутизатора, через который достижим адресат. Флаг "U" (Up) свидетельствует о том, что канал в рабочем состоянии. Флаг "G" указывает на то, что маршрут проходит через маршрутизатор (gateway). При этом вторая колонка таблицы содержит имя этого маршрутизатора или его адрес. Если флаг "G" отсутствует, ЭВМ непосредственно связана с указанной сетью. Флаг "D" указывает на то, что маршрут был добавлен динамически. Если маршрут связан только с конкретной ЭВМ, а не с сетью, он помечается флагом "H" (host), при этом первая колонка таблицы содержит его IP-адрес. Флаг "M" указывает на то, что маршрут был изменен с помощью сообщения о переадресации. Флаг <null> говорит о том, что адресат достижим непосредственно.

Возможности netstat не ограничиваются локальной сетью или автономной системой, с помощью ее можно получить некоторую информацию об удаленных ЭВМ или маршрутизаторах. Например:

Это может быть полезно при экспресс диагностике внешних каналов связи, когда простого ping или traceroute оказалось недостаточно. Если возникло подозрение относительно маршрутизации пакетов, можно сначала проверить работает ли программа gated, для этого выдайте команду:

после чего обратитесь к системному администратору :-).

Если нужно получить информацию о смонтированных файловых системах, вы можете воспользоваться командой:

showmount -e ns(ns - имя ЭВМ)
export list for ns.itep.ru:
/u1/SunITEP saturn.itep.ru,suncom.itep.ru

Крайне полезна для контроля конфигурации системы команда host, она имеет много опций и с ее помощью можно узнать о доступных типах услуг, об именах и IP-адресах почтовых серверов и серверов имен, о кодах их предпочтения и т.д..

host -a vitep5
Trying domain "itep.ru"
rcode = 3 (Non-existent domain), ancount=0
Trying null domain
rcode = 0 (Success), ancount=6

Additional information: