Kathara

Kathará

O Kathará é um ambiente para emulação de redes de computadores virtuais, disponível para ambientes Linux, Windows ou MacOS. O download da ferramenta pode ser obtido na página Web do Kathará.

O Kathará é uma implementação em Python do Netkit (descontinuado) e faz uso de contêineres Docker.

A página Wiki do Kathará apresenta vários exemplos ilustrativos, alguns dos quais descritos na sequência.

Introdução ao Kathará

O Kathará é um ambiente para emulação de redes de computadores através da criação de contêineres Docker em uma máquina hospedeira.

Cada contêiner pode ser configurado como um dispositivo de rede específico e pode desempenhar diferentes papeis, como host, roteador, switch etc.

Dispositivos de rede

Cada dispositivo de rede emulado possui um as seguintes características:

• console,
• memória,
• sistema de arquivos,
• interfaces de rede.

Através das interfaces de rede os dispositivos são conectados a um domínio de colisão virtual e podem se comunicar com outros dispositivos.

Comandos

O Kathará apresenta três tipos de comandos, utilizados em um terminal:

• v-commands: permitem criar e configurar um dispositivo via terminal.
• l-commands: permite criar um ambiente com vários dispositivos conectados em rede através de um script.
• global-commands: comandos de gerenciamento global.

Ver comandos em:

man kathara

Compartilhamento de arquivos

O Kathará permite o compartilhamento de arquivos entre dispositivos e o hospedeiro.

Há duas maneiras de compartilhar arquivos entre dispositivos e o hospedeiro:

• O diretório /shared em um dispositivo aponta para o diretório /shared de todos os dispositivos do laboratório (habilitado por default).
• O diretório /hosthome em um dispositivo aponta para o diretório /home no hospedeiro (desabilitado por default).

Para modificar os compartilhamentos utilizar o comando:

kathara settings

Rede Básica - Dispositivos criados manualmente

Exemplo de rede básica com dispositivos criados manualmente via terminal a partir de comandos v-commands:

Procedimentos práticos

• Comando para checar se ambiente Kathará está operando corretamente:

kathara check

• Comandos para iniciar os dispositivos pc1 e pc2, ambos com a interface eth0 conectada ao domínio de colisão A:

kathara vstart --name pc1 --eth 0:A
kathara vstart --name pc2 --eth 0:A

Cada comando ativará a console do respectivo dispositivo.

• Configuração das interfaces de rede dos dispositivos com ifconfig:

Acessar a console de cada dispositivo para configurar as interfaces de rede:

• pc1:

ifconfig eth0 192.168.0.1/24 up

• pc2:

ifconfig eth0 192.168.0.2/24 up

Verificar as configurações em cada dispositivo:

ifconfig

• Teste de conectividade com ping:

• pc1 -> pc2:

ping 192.168.0.2

• Captura de pacotes com tcpdump:

• pc2:

tcpdump icmp

Captura pacotes icmp (ping) na interface eth0 (default).

• Visualizar a captura de forma gráfica com wireshark no hospedeiro:

• Ativar o compartilhamento do /hosthome com o comando:

kathara settings

• Capturar no pc2 pacote e gravar saída em arquivo:

tcpdump icmp -w /hosthome/cap1.ncap

• Abrir arquivo no hospedeiro com wireshark.

• Remover dispositivos:

kathara vclean --name pc1
kathara vclean --name pc2

• Limpar todos os dispositivos e domínios de colisão:

kathara wipe

Laboratório: Rede Básica - Rede criada por arquivos de configuração

O Kathará permite a construção de estruturas de rede com diferentes tipos de dispositivos, como hosts, roteadores e outros, os quais são configurados por meio de arquivos de configuração e diretórios.

Exemplo de rede básica construída com comandos Kathará l-commands:

Hierarquia de arquivos e diretórios para configuração do laboratório

lab.conf      #Configura a estrutura de rede
pc1.startup   #Configura dispositivo pc1
pc2.startup   #Configura dispositivo pc2
pc1/          #Diretório com arquivos de configuração para pc1
pc2/          #Diretório com arquivos de configuração para pc2

Conteúdo dos arquivos

lab.conf      
  pc1[0]=A
  pc2[0]=A

Configura rede simples com domínio de colisão A

pc1.startup   
  ifconfig eth0 192.168.0.1/24 up

Configura pc1 e seu endereço IP

pc2.startup   
  ifconfig eth0 192.168.0.2/24 up

Configura pc2 e seu endereço IP

pc1/          
pc2/

Diretórios que permitem passar arquivos de configuração para a estrutura de diretórios dos dispositivos.

Comando para iniciar e parar rede do laboratório

kathara lstart

Inicia rede

kathara lclean

Pára rede

Laboratório: Redes interligadas por roteador

Exemplo de redes interligadas por roteador construída com comandos Kathará l-commands:

Hierarquia de arquivos e diretórios para os scripts do laboratório

lab.conf
pc1.startup
pc2.startup
r1.startup
pc1/
pc2/
r1/

Conteúdo dos arquivos:

lab.conf
  pc1[0]=A
  r1[0]=A
  r1[1]=B
  pc2[0]=B

pc1.startup
  ifconfig eth0 192.168.0.1/24 up

pc2.startup
  ifconfig eth0 192.168.1.2/24 up

r1.startup
  ifconfig eth0 192.168.0.2/24 up
  ifconfig eth1 192.168.1.1/24 up

Iniciar rede do laboratório:

kathara lstart

Verificar tabelas de roteamento com route:

• pc1, pc2 e r1:

route

Definir roteador default com route add manualmente em cada dispositivo:

• pc1:

route add default gw 192.168.0.2 dev eth0

• pc2:

route add default gw 192.168.1.1 dev eth0

Verificar novamente as tabelas de roteamento .

Obs: Rotas estáticas e o roteador padrão podem ser incluídas nos arquivos .startup.

Testar conectividade com ping:

• pc1 -> pc2:

ping 192.169.1.2

• pc2 -> pc1:

ping 192.169.0.1

Verificar rota com traceroute:

• pc1 -> pc2:

traceroute 192.169.1.2

Remover rede do laboratório:

kathara lclean

Laboratório: Protocolo ARP

Laboratório para verificação do funcionamento do protocolo ARP utilizando de redes interligadas por roteador:

Hierarquia de arquivos e diretórios para os scripts do laboratório

lab.conf
pc1.startup
pc2.startup
r1.startup
pc1/
pc2/
r1/

Conteúdo dos arquivos:

lab.conf
  pc1[0]=A
  pc2[0]=A
  r1[0]=A
  r1[1]=B
  pc3[0]=B

pc1.startup
  ifconfig eth0 192.168.0.1/24 up
  route add default gw 192.168.0.3 dev eth0

pc2.startup
  ifconfig eth0 192.168.0.2/24 up
  route add default gw 192.168.0.3 dev eth0

pc3.startup
  ifconfig eth0 192.168.1.10/24 up
  route add default gw 192.168.0.20 dev eth0

r1.startup
  ifconfig eth0 192.168.0.20/24 up
  ifconfig eth1 192.168.1.1/24 up

Iniciar rede do laboratório:

kathara lstart

Protocolo ARP

O protocolo ARP, permite encontrar o endereço físico a partir do endereço IP da máquina alvo. Para tal, o protocolo usa um mecanismo de difusão (broadcast) na rede local, enviando uma solicitação a todas as máquinas da rede, sendo que a máquina alvo responde indicando o par endereço IP/endereço físico.

Memória cache

Para melhorar a performance do protocolo ARP, cada máquina possui uma memória cache com as últimas consultas realizadas, evitando múltiplos broadcasts.

Verificação da tabela arp (memória cache) no pc1:

arp

Ping em dispositivo da mesma rede:

ping 192.168.0.2

Verificação da tabela arp no pc1:

arp

Ping em dispositivo da outra rede:

ping 192.168.2.10

Verificação da tabela arp no pc1:

arp

Captura de pacotes ARP

Reiniciar a rede para limpar as tabelas ARP:

kathara lclean
kathara lstart

Inicie captura de pacotes arp no pc2 usando tcpdump:

tcpdump arp -e -i eth0

arp: captura somente pacotes arp

-e: mostra endereço físico do enlace

Teste a conectividade com ping pc1 -> pc2 (mesma rede):

No pc1 execute:

ping 192.168.0.2

Verifique no pc2 as mensagens arp trocadas e as correspondências entre endereços IP e endereços físicos.

Teste a conectividade com ping pc1 -> pc3 (outra rede):

No pc1 execute:

ping 192.168.1.10

Verifique no pc2 as mensagens arp trocadas e as correspondências entre endereços IP e endereços físicos.

Verifique no roteador r1 e nos demais dispositivos as tabelas arp.

Laboratórios: Roteamento Estático e Dinâmico

Veja exemplos de redes com roteamento estático e dinâmico em Kathará: Roteamento.

Referências

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Evandro.cantu (discussão) 17h07min de 25 de janeiro de 2021 (-03)

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