Как делать пинг и трассировку

— такой вопрос мне недавно встретился в вендорном экзамене. Они позволяют влиять на маршрутизацию ICMP пакетов и собирать информацию о транзитных L3-устройствах. Но занимаясь сетевыми технологиями уже достаточно давно, я почти никогда их не использовал.

Мне стало не совсем понятно, почему такой вопрос вообще присутствует в тесте. Вернувшись домой, решил узнать, вдруг я действительно постоянно упускаю из виду что-то важное?

Утилита ping нам всем хорошо знакома. Помимо стандартного «ping 8.8.8.8», можно использовать различные опции, среди которых присутствуют интересующие нас. Их наименование и описание у вендоров примерно одинаковое.

Опции Loose, Strict, Record, Timestamp, Verbose включены в утилиту ping на многих сетевых устройствах. Есть поддержка в Windows.

Record (Record Route)

Пакет ICMP с опцией Record при прохождении через L3-устройства записывает IP-адреса исходящих интерфейсов. Делается это как в сторону пункта назначения, так и обратно. Это удобно, например, при диагностировании проблем, связанных с асинхронной маршрутизацией. Получается вроде traceroute, только лучше.

Но рано радоваться: максимальное количество записей равно девяти. Причём в них входят данные об IP-адресах устройств

в обе

стороны. Обусловлено данное ограничением тем, что информация об IP-адресах сохраняется не в теле пакета, а в заголовке. Поле с опциями не может быть слишком большим. Оно ограничено 40 байтами. Нам, в конце концов, по сети нужно гонять полезные данные, а не заголовки. В этот объём помещается всего девять записей (4 байт на каждый IPv4 адрес). Оставшиеся (40-4*9)=4 байта уходят на отметку о типе опции, длине и пр. атрибутах. Напомню, максимальный размер всего заголовка IPv4 – 60 байт.

Запускаем с ПК под управлением ОС Windows ping с опцией Record Route (-r) до адреса 192.168.36.2:

Пакeт ICMP Echo Request c выставленной опцией Record Route (Type = 7) в заголовке IP:

ICMP Echo Request доходит до получателя. По пути в него добавляются адреса транзитных устройств. Получатель берёт заполненные поля опции IP заголовка, копирует их в ICMP Echo Reply и отправляет назад. Пока ICMP Echo reply доберётся до инициатора пинга, он обрастёт записями обратного маршрута.

В ответном пакете ICMP Echo Reply, который получит ПК, опция Record Route будет уже заполнена:

Можно заметить, что в нашей сети имеет место ассиметричная маршрутизация.

R1#ping   
Protocol [ip]: 
Target IP address: 192.168.36.2
Repeat count [5]: 1
Datagram size [100]: 
Timeout in seconds [2]: 
Extended commands [n]: y
Source address or interface:
Type of service [0]: 
Set DF bit in IP header? [no]: 
Validate reply data? [no]: 
Data pattern [0xABCD]: 
Loose, Strict, Record, Timestamp, Verbose[none]: R
Number of hops [ 9 ]: 
Loose, Strict, Record, Timestamp, Verbose[RV]: 
Sweep range of sizes [n]: 
Type escape sequence to abort.
Sending 1, 100-byte ICMP Echos to 192.168.36.2, timeout is 2 seconds:
Packet sent with a source address of 192.168.20.1 
Packet has IP options:  Total option bytes= 39, padded length=40
 Record route: <*>
   (0.0.0.0)
   (0.0.0.0)
   (0.0.0.0)
   (0.0.0.0)
   (0.0.0.0)
   (0.0.0.0)
   (0.0.0.0)
   (0.0.0.0)
   (0.0.0.0)

Reply to request 0 (3 ms).  Received packet has options
 Total option bytes= 40, padded length=40
 Record route:
   (192.168.31.2)
   (192.168.32.2)
   (192.168.34.2)
   (192.168.35.2)
   (192.168.36.2)
   (192.168.35.1)
   (192.168.33.1)
   (192.168.31.1)
   (192.168.31.2) <*>
 End of list

Success rate is 100 percent (1/1), round-trip min/avg/max = 3/3/3 ms

Timestamp

Когда пакет ICMP с опцией Timestamp проходит через L3-устройство, оно записывает в него метку с указанием текущего времени. Схема работы аналогична опции Record, только вместо адреса ставится время. Как и в предыдущем случае пакет может содержать только девять записей о времени (для ОС Windows – четыре, так как кроме временной метки, добавляется IP-адрес устройства).

Время в пакете указано в формате UNIX time. Анализ данных имеет хоть какой-то смысл, если все устройства синхронизированы по времени (в нашем примере этого нет).

Strict (Strict Source Route)

При использовании данной опции задаётся список IP-адресов L3-устройств, через которые ICMP пакет обязательно должен пройти. Причём именно в той последовательности, которую мы указали. Записей, по традиции, максимум девять.

Работает опция просто: на каждом хопе IP-адрес назначения меняется на тот адрес, который мы указали при запуске утилиты ping.

Все адреса хранятся в заголовке IP нашего ICMP пакета. Поэтому каждое транзитное устройство может их подсмотреть. Такая схема позволяет обходить текущие правила маршрутизации на каждом устройстве, так как фактически имеем пересылку пакета на соседнее устройство.

В нашей схеме R2 имеет маршрут в сеть 192.168.36.0/24 через R3. Но так как у нас жёстко прописаны устройства в опциях ICMP пакета, R2 передаст его напрямую на R4.

Запускаем утилиту ping с опцией -k (Strict Source Route) в ОС Windows и прописываем адреса устройств.

Пакeт ICMP Echo Request c выставленной опцией Strict Source Route (Type = 137) в заголовке IP на нашем ПК выглядит следующим образом:

ПК подставил 192.168.20.1 в качестве адреса получателя. Остальные адреса транзитных устройств благополучно запаковал в поля опции IP (записи Source Route). Адрес конечного устройства добавил в запись Destination.

Этот же пакет, после того, как он минует R1:

IP-адрес отправителя остался без изменений. IP-адрес получателя поменялся на новый – 192.168.31.1. Это значение взято из поля Source Route, когда пакет ICMP только поступил на R1.

Важно отметить, что R1 занёс в поле опций новую запись — Recorded Route. Туда подставлен IP-адрес интерфейса R1. Данное поле понадобится, чтобы ответный пакет (ICMP Echo reply) вернулся по тому же маршруту, что и ICMP Echo request. Точно также будут поступать и остальные устройства. Поэтому, когда пакет ICMP попадёт на R5, в опции Strict Source Route будет содержаться список IP-адресов интересов, через которые должен пройти ответный пакет.

ICMP Echo reply, полученный ПК:

Поле Recorded Route переписывается по мере прохождения пакета ICMP Echo reply, так как там всегда указан адрес исходящего интерфейса для текущего пакета. Поэтому R1, когда получит ICMP Echo reply, заменит 192.168.31.2 на 192.168.20.1.

Если в команде ping мы опустим один из адресов, например, последний (192.168.35.1 – R5), R4 должен будет отправить пакет сразу на устройство с адресом 192.168.36.2. Но так как эта сеть не является для него локальной, R4 отрапортует о том, что заданный узел недостижим. Маршрутизировать пакет по обычным правилам он не будет.

Для обработки опции Record на сетевом оборудовании должен быть включен режим source routing. Например, на оборудовании Cisco он включён по умолчанию.

Loose (Loose Source Route)

Данная опция по сути очень похожа на опцию Strict. Но, в отличии от Strict, в опции Loose задаётся не жёсткий маршрут движения ICMP пакета, а лишь выборочные устройства. Т.е. пакет может маршрутизироваться и другими устройствами. Максимальное количество адресов – девять.

Схема работы аналогична предыдущему случаю. Разница в том, что пакет с опцией Loose может маршрутизироваться транзитными устройствами по обычным правилам.

Запускаем утилиту ping с опцией -j (Loose Source Route) в ОС Windows и прописываем адреса устройств.

Пакeт ICMP Echo Request c выставленной опцией Loose Source Route (Type = 131) в заголовке IP на нашем ПК выглядит так:

ПК подставил адрес R3 (192.168.32.1) в качестве получателя. При этом адрес конечного устройства R5 (192.168.36.2) указал в опции IP (запись Destination). Далее пакет маршрутизируется в сети по обычным правилам, пока не попадёт на R3. R3 подставит в качестве адреса назначения адрес R5 и в опциях пропишет свой адрес, через который должен будет вернуться ответный пакет (запись Recorded Route). После чего отправит его в сеть.

Ответный пакет ICMP Echo reply особого интереса не представляет, так как аналогичен ранее рассмотренным. В опциях будет указан адрес исходящего интерфейса R3 (запись Recorded Route), через который прошел пакет.

Verbose

Данная опция активируется автоматически при выборе любой из ранее описанных. Предоставляет более детальный вывод информации на экран. На сам пакет ICMP она никак не влияет. В Windows в команде ping такой опции нет.

Чтобы мы могли воспользоваться этими опциями, промежуточное оборудование должно их поддерживать. С этим проблем не будет. К новшествам мира ИТ относить весь этот «rocket science» не приходится. Напрашивается вывод: опции Loose, Strict, Record, Timestamp могут быть полезны, даже с учётом ограничения в «девять». Если бы не следующие нюансы, связанные с безопасностью.

Первое. Опции Record и Timestamp могут благополучно использоваться для проведения разведки в сети. С их помощью можно исследовать топологию сети, получить отпечатки, по которым определить ОС и тип устройства, через которые проходил пакет с данными опциями.

Второе. Опции Loose и Strict позволяют управлять движением пакета, игнорируя стандартные правила маршрутизации. Это предоставляет широкие возможности для попыток проникновения в различные сегменты сети, куда в случае обычной маршрутизации доступа не должно быть. Также возможно проведение разведки для анализа топологии сети. Проведение атак по утилизированию полосы пропускания на определённых сегментах сети. Вариантов много.

Третье. Часть сетевого оборудования обрабатывает пакеты с установленными опциями программным образом на уровне control-plane (без использования различных схем оптимизации маршрутизации трафика), что безусловно нагружает ЦПУ. А значит есть возможность осуществить DoS атаку на такое устройство.

Многие вендоры (есть даже отдельное RFC 7126) рекомендуют пакеты с указанными опциями никак не обрабатывать. Варианты предлагают разные. Вплоть до отбрасывания таких пакетов. Правда у некоторых из производителей бывают диссонансы: с одной стороны рекомендуем отбрасывать такие пакеты, с другой — «Record is a very useful option».

Быстрая попытка проверить соответствие этим рекомендациям у пары интернет-провайдеров показали, что часть опций всё-таки работает. Но source routing отключён везде.

Получается интересный вывод. Опции Loose, Strict, Timestamp, Record могут быть полезны при диагностике проблем в сети. Но вопрос безопасности нивелирует это.

В итоге у меня всё-таки осталось чувство непонимания. Почему озвученный в начале вопрос присутствовал в тесте? Относительно полезна опция Record и то при небольшой глубине сети. Остальные опции под вопросом.

Напоследок небольшой опрос. Всем хорошего дня!

Проверить работу сервиса разрешения имен нам помогут утилиты nslookup или dig. Функционально они почти идентичны: G-вывод утилиты dig содержит больше диагностической информации и гибко регулируется, но это далеко не всегда нужно. Поэтому используйте ту утилиту, которая удобна в конкретной ситуации. Если эти команды недоступны, потребуется доставить пакеты на CentOS/RedHat:

yum install bind-utils

для Debian/Ubuntu:

sudo apt install dnsutils