Vamos a continuar desarrollando nuestro traceroute utilizando el framework .NET. En la primera parte del post ya describimos los fundamentos teóricos, y esbozamos el algoritmo a emplear para conseguir detectar la secuencia de nodos atravesados por los paquetes de datos que darían lugar a nuestra ruta.

Continuamos ahora con la implementación de nuestro sistema de trazado de redes.

Lo primero: estructurar la solución

Vamos a desarrollar un componente independiente, empaquetado en una librería, que nos permita realizar trazados de rutas desde cualquier tipo de aplicación, y más aún, desde cualquier lenguaje soportado por la plataforma .NET. Atendiendo a eso, ya debemos tener claro que construiremos un ensamblado, al que vamos a llamar NTraceLib, que contendrá una clase (Tracer) que gestionará toda la lógica de obtención de la traza de la ruta.

Dado que debe ser independiente del tipo de aplicación que lo utilice, no podrá incluir ningún tipo de interacción con el usuario, ni acceso a interfaz alguno. Serán las aplicaciones de mayor nivel las que solucionen este problema. La clase Tracer se comunicará con ellas enviándole eventos cada vez que ocurra algo de interés, como puede ser la recepción de paquetes de datos con las respuestas.

Las distintas aplicaciones "cliente" de NTraceLib las crearemos como proyectos independientes:

• NTrace será una aplicación de consola escrita en C#.


• WebNTrace, también escrita en C#, permitirá trazar los paquetes enviados desde el servidor Web donde se esté ejecutando hasta el destino.


• WinNTrace será una herramienta de escritorio, esta vez escrita en VB.NET, que permitirá obtener los resultados de forma más visual.

Tracer: el trazador

La clase Tracer será la encargada de realizar el trazado de la ruta hacia el destino indicado. De forma muy rápida, podríamos enumerar sus principales características:

• Tiene una única propiedad pública, Host, que contiene la dirección (nombre o IP) del equipo destino del trazado. Los comandos tracert y traceourte tienen más opciones, pero no las vamos a implementar para simplificar el sistema.


• Tiene definidas también dos constantes:
  • MAX_HOPS, que define el máximo de saltos, o nodos intermedios que permitiremos atravesar a nuestros paquetes. Normalmente no se llegará a este valor.
  • TIMEOUT, que definirá el tiempo máximo de espera de llegada de las respuestas.


• Publica dos eventos, que permitirán a las aplicaciones cliente procesar o realizar la representación visual de la información resultante de la ejecución del trazado:
  • ErrorReceived, que notificará a la aplicación cliente del componente que se ha producido un error durante la obtención de la ruta. Ejemplos serían "red inalcanzable", o "timeout".
  • EchoReceived, que permitirá notificar de la recepción de mensajes por parte de los nodos de la ruta.


• El método Trace() ejecutará al ser invocado el procedimiento descrito en el post anterior, lanzando los eventos para indicar a las aplicaciones cliente que actualicen su estado o procesen la respuesta. A grandes rasgos, el procedimiento consistía en ir enviado mensaje ICMP ECHO (pings) al servidor de destino incrementando el TTL del paquete en cada iteración y esperar la respuesta, bien la respuesta al ping o bien mensajes "time exceeded" indicando la expiración del paquete durante la ruta hacia el destino.

Para conocer más detalles sobre la clase Tracer, puedes descargar el proyecto desde el enlace que encontrarás al final del post.

Enviar ICMP ECHOs, o cómo hacer un Ping desde .NET

La versión 2.0 de .NET framework nos lo puso realmente sencillo, al incorporar una clase específicamente diseñada para ello, Ping, incluida en el espacio de nombres System.Net.NetworkInformation. A continuación va un código que muestra el envío de una solicitud de eco al servidor www.google.es:

 Ping pingSender = new Ping ();
 PingOptions options = new PingOptions ();
 options.DontFragment = true;
 byte[] buffer = Encoding.ASCII.GetBytes("datos");
 int timeout = 120;
 PingReply reply = pingSender.Send ("www.google.es", 
                          timeout, buffer, options);

 if (reply.Status == IPStatus.Success)
 {
   Console.WriteLine ("Recibido: {0}", 
                      reply.Address.ToString ());
 }

 
De este código vale la pena destacar algunos detalles. Primero, como podemos observar, existe una clase PingOptions que nos permite indicar las opciones con las que queremos enviar el paquete ICMP. En particular, podremos especificar si el paquete podrá ser fragmentado a lo largo de su recorrido, así como, aunque no aparece en el código anterior, el valor inicial del TTL (time to live) del mismo. Habréis adivinado que este último aspecto es especialmente importante para lograr nuestros objetivos.

Segundo, es posible indicar en un buffer un conjunto de datos arbitrarios que viajarán en el mensaje, lo que podría permitirnos medir el tiempo de ida y vuelta de un paquete de un tamaño determinado. También se puede indicar el tiempo máximo en el que debemos recibir la respuesta antes de considerar que se trata de un timeout.

Por último, la respuesta a la llamada síncrona pingSender.Send(...) obtiene un objeto del tipo PingReply, en el que encontraremos información detallada sobre el resultado de la operación.

Implementación del trazador

Si unimos el procedimiento de trazado de una ruta, descrito ampliamente en el post anterior, al método de envío de pings recién comentado, casi obtenemos directamente el código del método Trace() de la clase Tracer, el responsable de realizar el seguimiento de la ruta:

 PingReply reply;
 Ping pinger = new Ping();
 PingOptions options = new PingOptions();
 options.Ttl = 1;
 options.DontFragment = true;
 byte[] buffer = Encoding.ASCII.GetBytes("NTrace");
 try
 {
    do
    {
       DateTime start = DateTime.Now;
       reply = pinger.Send(host,
                           TIMEOUT,
                           buffer,
                           options);

       long milliseconds = DateTime.Now.Subtract(start).Milliseconds;
       if ((reply.Status == IPStatus.TtlExpired)
          || (reply.Status == IPStatus.Success))
       {
          OnEchoReceived(reply, milliseconds);
       }
       else
       {
          OnErrorReceived(reply, milliseconds);
       }
       options.Ttl++;

    } while ((reply.Status != IPStatus.Success)
            && (options.Ttl < MAX_HOPS ));
  }
  catch (PingException pex)
  {
     throw pex.InnerException;
  }

 
Como podemos observar, se repite el Ping dentro de un bucle en el que va incrementándose el TTL hasta llegar al objetivo (reply.Status==IPStatus.Success) o hasta que se supere el máximo de saltos permitidos.

Por cada ping realizado se llama al evento correspondiente en función del resultado del mismo, con objeto de notificar a las aplicaciones cliente de lo que va pasando. Además, se va tomando en cada llamada el tiempo que se tarda desde el momento del envío hasta la recepción de la respuesta. Podéis observar que llamamos al evento EchoReceived siempre que recibamos algo de un nodo, sea intermediario (que recibiremos un error por expiración del TTL) o el destinatario final del paquete (que recibiremos la respuesta satisfactoria al ping), mientras que el evento ErrorReceived es invocado en todas las demás circunstancias. En cualquier caso, siempre enviaremos como parámetros el PingReply, que contiene información detallada de la respuesta, y el tiempo en milisegundos que ha tardado en obtenerse la misma.

Ah, una nota importante respecto al tiempo de resolución de nombres. Dado que la clase Ping funciona tanto si le especificamos como destino una dirección IP como si es un nombre de host, hay que tener en cuenta que el primer ping podrá verse penalizado por el tiempo de consulta al DNS si esto es necesario. Esto podría solventarse muy fácilmente, realizando la resolución de forma manual y pasando al ping siempre la dirección IP, pero he preferido mantenerlo así para mantener el código más sencillo.

Cómo usar NTraceLib en aplicaciones

Sea cual sea el tipo de aplicación que vaya a utilizar el componente de trazado, el patrón será siempre el mismo:

• Declaramos una variable del tipo Trace.
• Escribimos los manejadores que procesen las respuestas de ErrorReceived y EchoReceived, suscribiéndolos a los correspondientes eventos.
• Establecemos el host y llamamos al método Trace() del objeto de trazado.

Ya dependiendo del uso que queramos darle a la información recibida, introduciremos en los gestores de eventos más o menos código.

Vamos a ver el ejemplo concreto de la aplicación WinNTrace, sistema de escritorio creado en Visual Basic .NET, que mostrará en un formulario el resultado del trazado. En primer lugar, tiene declarado un objeto Tracer como sigue, lo que nos permitirá enlazarle el código a los eventos de forma muy sencilla:

  Private WithEvents tracer As New Tracer

 
Cuando el usuario teclea un host en el cuadro de texto y pulsa el botón "Trazar", se ejecuta el siguiente código (he omitido ciertas líneas para facilitar su lectura); podréis comprobar que es bastante simple, pues incluye sólo la asignación del equipo de destino y la llamada a la realización de la traza:

  tracer.Host = txtHost.Text
  Try
    tracer.Trace()
    Catch ex As Exception
      MessageBox.Show("Error: " + ex.Message, "Error", _
              MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error)
  End Try

 
Cuando se recibe información de un nodo, sea intermediario o el destino final de la traza, añadimos al ListView un nuevo elemento con la dirección del mismo, así como los milisegundos transcurridos desde el envío de la petición:

  Private Sub tracer_EchoReceived( _
          ByVal sender As NTraceLib.Tracer, _
          ByVal args As NTraceLib.EchoReceivedEventArgs) _
          Handles tracer.EchoReceived

    Dim items() As String = { _
        args.Reply.Address.ToString(), _
        args.Milliseconds.ToString()}

    Dim item As New ListViewItem(items)
    lvResult.Items.Add(item)
    Application.DoEvents()
  End Sub

 
En el caso de recibir un error, como un timeout, añadiremos la línea, pero aportando mostrando el tipo de error producido y destacando la fila respecto al resto con un color de fondo. Este procedimiento podría haberlo trabajado un poco más, por ejemplo añadiendo textos descriptivos de los errores, pero eso os lo dejo de deberes.

  Private Sub tracer_ErrorReceived( _
          ByVal sender As NTraceLib.Tracer, _
          ByVal args As NTraceLib.ErrorReceivedEventArgs) _
          Handles tracer.ErrorReceived

    Dim items() As String = { _
        "Error: " + args.Reply.Status.ToString(), _
        args.Milliseconds.ToString()}
    Dim item As New ListViewItem(items)
    item.BackColor = Color.Yellow
    lvResult.Items.Add(item)
    Application.DoEvents()
  End Sub

 
Además de WinNTrace, en la descarga que encontraréis al final del post he incluido NTrace (la aplicación de consola) y WebNTrace (la aplicación web). Aunque cada una tiene en cuenta sus particularidades de interfaz, el comportamiento es idéntico al descrito para el sistema de escritorio, por lo que no los describiremos con mayor detalle.

Conclusiones

A lo largo de estos posts hemos desarrollado un componente de realización de trazados de rutas de red, y tres aplicaciones que lo utilizan. Hemos revisado los fundamentos teóricos en los que se sustenta, y su implementación utilizando .NET framework, siempre con un alcance relativamente simple para facilitar su comprensión.

Dejamos para artículos posteriores la realización de funcionalidades no implementadas en esta versión, como la posibilidad de cancelar una traza una vez comenzada, la resolución inicial de nombres para que el tiempo de respuesta de la primera pasarela sea más correcto, o incluso la resolución inversa del nombre de los nodos de una ruta, es decir, la obtención del hostname de cada uno de ellos tal y como lo hacen las utilidades de línea comand tracert o traceroute. También podríamos incluir funciones de geoposicionamiento de los mismos, para intentar obtener una aproximación la ruta física que siguen los paquetes a través de la red.

Espero que os haya resultado interesante. Y por supuesto, para dudas, consultas o sugerencias, por aquí me tenéis.

Descargar NTrace (proyecto VS2005)

Publicado en: www.variablenotfound.com.

Seguro que todos habéis utilizado en alguna ocasión el comando tracert (o traceroute en Linux) con objeto de conocer el camino que siguen los paquetes de información para llegar desde vuestro equipo a cualquier otro host de una red. Sin embargo, es posible que más de uno no haya tenido ocasión de ver lo sencillo que resulta desarrollar un componente que realice esta misma tarea usando tecnología .NET, y lo divertido que puede llegar a ser desarrollar utilidades de red de este tipo.

En esta serie de posts vamos a desarrollar, utilizando C#, un componente simple de trazado de rutas de red. La elección del lenguaje es pura devoción personal, pero lo mismo podría desarrollarse sin problema utilizando Visual Basic .NET. En cualquier caso, el ensamblado resultante podrá ser utilizado desde cualquier tipo de aplicación soportado por el framework, es decir, sea escritorio, consola o web, y, como es obvio, independientemente del lenguaje utilizado para su creación.

Pero comencemos desde el principio...

Un poco de teoría: ¿cómo funciona un traceroute?

El objetivo de los trazadores de rutas es conocer el camino que siguen los paquetes desde un equipo origen hasta un host destino detectando los sistemas intermediarios (gateways) por los que va pasando. La enumeración ordenada de dichos sistemas es lo que llamamos ruta, y es el resultado de la ejecución del comando tracert o traceroute.

Para conseguir obtener esta información, como veremos después, se utiliza de forma muy ingeniosa la capacidad ofrecida por el protocolo IP para definir el tiempo de vida de los paquetes. Profundizaremos un poco en este concepto.

El TTL (Time To Live) es un campo incluido en la cabecera de todos los datagramas IP que se mueven por la red, y es el encargado de evitar que éstos circulen de forma indefinida si no encuentran su destino.

Cuando una aplicación crea un paquete IP, se le asigna un valor inicial al TTL del encabezado del mismo. El valor puede venir definido por el sistema operativo en función del protocolo concreto (TCP, UDP...), o incluso ser asignado por el propio software que lo origine. En cualquier caso, el tiempo se indica en segundos de vida, aunque en la práctica indicará el número de veces que será procesado el paquete por los dispositivos de enrutado que atravesará durante su recorrido.

Cuando este paquete se envía hacia un destino, al llegar al primer gateway de la red, éste analizará su cabecera para determinar su ruta y encaminarlo apropiadamente, y a la misma vez decrementará el valor del TTL. De ahí atravesará otra red hasta llegar al siguiente gateway de su ruta, que volverá a hacer lo mismo. Eso sí, cuando un dispositivo encaminador de este tipo detecte un paquete con un TTL igual a cero, lo descartará y enviará a su emisor original un mensaje ICMP con un código 11 ("time exceed"), que significa que se ha excedido el tiempo de vida del paquete.

El siguiente diagrama muestra un escenario en el que un paquete es enviado con un TTL=3, y cómo es descartado antes de llegar a su destino:



Volviendo al tema del post y a algo que adelanté anteriormente, el traceroute utiliza de forma muy ingeniosa el comportamiento descrito, siguiendo el procedimiento para averiguar la ruta de un paquete que se detalla a continuación:

1. Envía un paquete ICMP Echo al destino con un TTL=1. Este tipo de paquetes son los enviados normalmente al realizar un ping a un equipo.
2. El primer dispositivo enrutador al que llega el paquete decrementa el TTL, y dado que es cero, descarta el paquete y envía el mensaje ICMP informando al emisor que el paquete ha sido eliminado.
3. El emisor, al recibir este aviso, puede considerar que el remitente del mismo es el primer punto de la ruta que seguirá el paquete hasta su destino.
4. A continuación, vuelve a intentarlo enviando de nuevo un ICMP Echo al destino, esta vez con un TTL=2.
5. El paquete pasa por el primer enrutador, que transforma su TTL en 1 y lo envía a la red apropiada.
6. El segundo enrutador detecta que debe encaminar el paquete y éste tiene un TTL=1 y al decrementarlo será cero, por lo que lo descarta, enviando de vuelta el mensaje "time exceed" al emisor original.
7. Desde el origen, a la recepción de este mensaje ICMP, se almacena su remitente como segundo punto de la ruta.
8. Y así sucesivamente, se realizan envíos con TTL=3, 4, ... hasta llegar al destino, momento en el que recibiremos la respuesta a la solicitud de eco enviada (un mensaje de tipo ICMP Echo Reply), o hasta superar el número máximo de saltos que se haya indicado (por ejemplo, usando la opción tracert -h N en Windows)

Según este procedimiento, el pseudocódigo de nuestro sistema de trazado sería algo como el siguiente:

Función Trace(DEST)
Inicio
   ttl = 1
   Hacer
      Enviar ICMP_ECHO_REQUEST al host DEST con TTL=ttl
      Si recibimos un TIME_EXCEED desde el host X, 
         o bien recibimos un ICMP_ECHO_REPLY desde X, entonces
            El host X forma parte de la ruta
      Fin
      Incrementa ttl
   Mientras Respuesta <> ICMP_ECHO_REPLY Y ttl<MAXIMO
Fin

 
En la próxima entrega veremos cómo implementar todo esto en .NET. Concretamente, desarrollaremos un componente que contendrá toda esta lógica, y tres aplicaciones que lo utilizarán: una de consola, una web en ASP.NET y una de escritorio.

Publicado en: www.variablenotfound.com.