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「ソースコードで体感するネットワークの仕組み」のサンプルコードを動かすためにVagrantを用いてネットワーク構成環境を整える

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Vagrantを用いて書籍のプログラムのネットワーク構成環境を整える

動機

ソースコードで体感するネットワークの仕組み ~手を動かしながら基礎からTCP/IPの実装までがわかるの本を読んでいるが、サンプルコード動かすのに、Vagrant用いて試行錯誤的にネットワーク構成してみた。


  • ホストOS .. macOS X
  • ゲストOS(複数台とも) .. ubuntu16.04

第2章 仮想IPホストプログラム

事前にサンプルプログラム1をダウンロードしておく。

Vagrantでは、NATのネットワーク(デフォルトのネットワークアドレスは10.0.2.0/24)がデフォルトで構成されていて、10.0.2.2がルータとして、すでに配置されているので、一番単純に構成するならば、

Vagrantfile
Vagrant.configure("2") do |config|
  config.vm.box = "ubuntu/trusty64"
  config.vm.synced_folder ".", "/home/vagrant/test"
  config.vm.provider :virtualbox do |vb|
    # change 10.0.2.0/24 with what you want
    # See also https://www.virtualbox.org/manual/ch09.html#changenat
    vb.customize ['modifyvm', :id, '--natnet1', '192.168.111.0/24']
  end
end

となる。vb.customize ..の部分は、デフォルトの10.0.2.0/24ネットワークを変更しに行っている:

ゲストOS
$ route
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
default         192.168.111.2   0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
192.168.111.0   *               255.255.255.0   U     0      0        0 eth0
/MyEth.ini
IP-TTL=64
device=eth0
# ホストOS:  `ip a`のeth0ネットワークインターフェース。
vmac=08:00:27:16:16:86
vip=192.168.111.15
vmask=255.255.255.0
# `route | grep default` or `netstat -rn`でGenmaskが0.0.0.0のやつ or `ip route` のdefaultの行
gateway=192.168.111.2

で「とりあえずは」OK。(./MyEth.iniはサンプルプログラムの構成ファイル)
ゲスト側OS(ubuntu)で、ping 8.8.8.8をうつと、192.168.111.2を経由して、8.8.8.8(googleのDNS)に疎通する2

自力でroutingできるようにする

課題点

上で基本的にOKだと思うんだけど、複数台のゲストOSに対しては、この構成は本質的に問題がある。というのは、NATのネットワークはゲストOSごとにネットワークを構成するので、
ゲストOSは複数台構成しても同じIPアドレスになってしまっているから。http://zorinos.seesaa.net/article/450304938.html のNATの図が非常にわかりやすい。

やりたいこととしては、client PCでping 8.8.8.8すると、master PC(デフォルトゲートウェイとして機能)の192.168.111.2を経由して38.8.8.8に疎通させたい。
そのためには以下のような構成(内部ネットワーク)にする。

Vagrantfile
Vagrant.configure("2") do |config|
  config.vm.define "master" do |conf|
    conf.vm.box = "ubuntu/trusty64"
    conf.vm.network "private_network", ip: "192.168.111.2", virtualbox__intnet: "mynet"
  end


  config.vm.define "client" do |conf|
    conf.vm.box = "ubuntu/trusty64"
    conf.vm.network "private_network", ip: "192.168.111.100", virtualbox__intnet: "mynet"
    conf.vm.synced_folder ".", "/home/vagrant/test"
  end
end

Note) 複数のゲストOSにvirtualbox__intnetで同名を指定すると、内部ネットワークが構成できる。このネットワークはホストOS(MacOS X)から見えない。
ホストOS(macOS X)からifconfigしてもvboxnetのnetwork interfaceが見えないこことで確認可能だ。4


この後、clientのPC(192.168.111.100)に対して、192.168.111.2をデフォルトゲートウェイとするために、masterのマシンを自力でrouterにする必要がある。
(clientのPCは複数台構成可能で、そうしたい場合は、Vagrantfileでclient0, client1として、ipアドレスを一意にした上で、clientの設定と同じように書けば良さそう。

clientVM
$ vagrant ssh client
$ traceroute 8.8.8.8
traceroute to 8.8.8.8 (8.8.8.8), 30 hops max, 60 byte packets
 1  10.0.2.2 (10.0.2.2)  0.298 ms  0.819 ms  0.553 ms
 2  192.168.150.1 (192.168.150.1)  58.173 ms  58.104 ms  59.045 ms
 ...
10  108.170.238.85 (108.170.238.85)  7.513 ms 72.14.236.129 (72.14.236.129)  7.435 ms 209.85.143.49 (209.85.143.49)  7.364 ms
11  google-public-dns-a.google.com (8.8.8.8)  7.398 ms  7.326 ms  7.916 ms

ということで10.0.2.2のrouterがdefault gatewayになっている。routeコマンドでもわかるけど。(VM同士はpingで疎通可能になっている)

今の状態から、sudo route add default gw 192.168.111.2 && sudo route del default gw 10.0.2.2としてdefault gatewayを変更しても、192.168.111.100のPC(master)には、routing設定がされていないため、routingできない。(つまり、ping 8.8.8.8が応答しない)

そこで、自力でmasterのPCをroutingできるようにしよう。

ルータ化する

とは言っても基本的には、http://maruchan-shiro123.hatenablog.com/entry/2015/04/05/181854 の通りにすれば良い。いくつか変更した点をば。

  • SNATの部分は、sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -s 192.168.111.0/24 -j MASQUERADEとして、sオプションを明示的にしるしたほうが良さそう。

  • client側のPCのデフォルトゲートウェイを変更する。つまり、

Vagrantfile
Vagrant.configure("2") do |config|
  # snip
  config.vm.define "client" do |conf|
    conf.vm.box = "ubuntu/trusty64"
    conf.vm.network "private_network", ip: "192.168.111.100", virtualbox__intnet: "mynet"
    conf.vm.synced_folder "../eth", "/home/vagrant/test"
    # see also https://www.vagrantup.com/docs/networking/public_network.html#default-router
    gw = "192.168.111.2"
    conf.vm.provision "shell",
      run: "always",
      inline: "route add default gw #{gw}"

    conf.vm.provision "shell",
      run: "always",
      inline: "eval `route -n | awk '{ if ($8 ==\"eth0\" && $2 != \"0.0.0.0\") print \"route del default gw \" $2; }'`"
  end
  # snip
end

と変更する。

Note) route add default gw ...とかはVMの再起動時に情報失われるので、run: "always"としている。


以上のように設定すると、clientでのping 8.8.8.8がgatewayの192.168.111.2を経由して通る。traceroute 8.8.8.8で確認すると、

traceroute to 8.8.8.8 (8.8.8.8), 30 hops max, 60 byte packets
 1  192.168.111.2 (192.168.111.2)  0.278 ms  0.209 ms  0.168 ms
 2  * * *
 3  * * *
 4  ... プロバイダのipアドレス
 ...
 11  google-public-dns-a.google.com (8.8.8.8)  18.878 ms  19.249 ms  12.319 ms

みたいな感じになる。5

Note)

2,3が* * *は、本当は、

 2  10.0.2.2 (10.0.2.2)  0.217 ms  0.178 ms  0.058 ms
 3  ルータ名 (192.168.10.221)  2.500 ms  2.952 ms  3.110 ms

みたいな感じなんだけど、フォワードの方向しかping許していないので、アスタリスク表示になる。

確認取れたので、

/MyEth.ini
IP-TTL=64
device=eth1
# `ip a`でeth1インタフェースを確認して所用のMACアドレスに変更する。
vmac=08:00:27:e0:6a:24
vip=192.168.111.100
vmask=255.255.255.0
gateway=192.168.111.2

でプログラムを動かすと良い。

第3章: UDP通信に対応させ、DHCPクライアント機能を実装しよう

これは、素直に

Vagrantfile
Vagrant.configure("2") do |config|
  config.vm.box = "ubuntu/trusty64"
  # If err, see also the issue #3083, https://github.com/hashicorp/vagrant/issues/3083
  config.vm.network :private_network, type: "dhcp", ip: "192.168.111.0"
  config.vm.synced_folder ".", "/home/vagrant/test"
end

で良いと思う6

sudo grep -R "DHCPOFFER" /var/log/*

すると、DHCP serverの在り処が192.168.111.2とわかる。
ホストOSでifconfigとすると、192.168.111.1となっているのがわかる。

macOSX
$ ifconfig
vboxnet0: flags=8943<UP,BROADCAST,RUNNING,PROMISC,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
    ether 0a:00:27:00:00:00
    inet 192.168.111.1 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.111.255

ゲストOSのデフォルトゲートウェイはrouteで確認すると、10.0.2.2となっている。

TODO) 今回は必要なかったが、ついでにDHCPサーバーを自力で構成するのもやってみたい

第4章: TCPの基本機能を追加しよう

これは、第2章のネットワーク構成と全く同じなので、そのままでよさそう。

感想

そもそも、ネットワーク自体しっかり理解していない部分も多かったので、結構時間がかかってしまったが、結果的には、自力でのネットワーク構築、nat, iptablesとかがわかって得るものが多いと感じた。


  1. http://gihyo.jp/book/2018/978-4-7741-9744-9/support#supportDownload にある 

  2. traceroute 8.8.8.8で詳細を確かめられる 

  3. この後、natネットワークのルータ10.0.2.2を経由する。その後、ホストOS(MAC OS X)の "en0: Wi-Fi (AirPort)"のネットワークのルータを経由する。 

  4. virtualbox__intnetなしだと、clientのネットワークがhostonly networkになるので、ホストOS(macOS X)からifconfigすると、vboxnetのネットワークインターフェースがあらわれると思います。 

  5. todo: iptablesの設定を変更すれば良さそう 

  6. 自分は途中で、A host only network interface you're attempting to configure via DHCPの文言のエラーが出てしまったので、https://github.com/hashicorp/vagrant/issues/3083 みて解決した 

knknkn1162
今後は http://cstmize.hatenablog.jp/ で更新すると思いますm(_ _)m
http://cstmize.hatenablog.jp/
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