Hairpinning w teorii – przegląd technologii

Hairpinning… cóż to jest? Sieci komputerowe obfitują w mniej lub bardziej wymyślne terminy, a ten jest jednym z moich ulubionych. W dużym uproszczeniu – hairpinning to określenie sytuacji, w której dany ruch wchodzi na pewnym interfejsie routera i po podjęciu decyzji o routingu wychodzi tym samym interfejsem. Nietypowe prawda?

W tym artykule wyjaśnię skąd taka nazwa, jakie są przesłanki by stosować hairpinning oraz w jaki sposób go skonfigurować na Cisco ASA.

1. Skąd taka nazwa?

To akurat jest proste – po przeczytaniu wstępu oraz zobaczeniu obrazka w nagłówku artykułu skojarzenie powinno nasunąć się samo. Jeśli naszkicujemy sobie opisaną wcześniej sytuację (ruch wchodzi i wychodzi tym samym interfejsem) to nam wyjdzie tak zwany U-turn (ruch zawracający). Spinka do włosów dość ładnie to odzwierciedla. Na szczęście w języku polskim nikt póki co nie wymyślił żeby nazywać tę technikę spinkowaniem, dlatego też pozostajemy przy oryginalnym angielskim terminie – hairpinning 🙂

2. Zastosowanie

Hairpinning znajduje zastosowanie w sytuacji, w której w danym segmencie LAN mamy więcej niż jedno urządzenie routujące, a najkrótsza droga do sieci docelowej nie przechodzi przez bramę domyślną komputera będącego źródłem ruchu. Brzmi zawile? Zobrazujmy to na poniższym przykładzie:

Host A chcąc się skomunikować z hostem B musi wysłać ruch do swojej bramy domyślnej jako, że host B znajduje się w innej sieci. Sieć jest skonfigurowana w taki sposób, że bramą domyślną dla sieci 192.168.1.0/24 jest ASA na wyjściu do Internetu. Najkrótsza trasa do hosta B jednak nie wiedzie przez ASA, a przez Internal Router. Konfiguracja sieci wymusza na nas zatem aby ruch, który trafi do ASA został zawrócony w stronę sieci 192.168.1.0/24 i następnie trafił do Internal Router’a. To wszystko oczywiście przy założeniu, że nasza ASA jest w routed mode.

Hairpinning musi być zastosowany ponieważ hosty końcowe (w naszym przypadku host A) nie mają świadomości jaka jest najkrótsza trasa do danej sieci. Wszystko co nie jest w sieci hosta jest po prostu “pchane” w stronę bramy domyślnej. Można by oczywiście dodać do hosta A trasę:

route -p 192.168.2.0 mask 255.255.255.0 192.168.1.2

Spowodowałoby to, że brama domyślna nie byłaby angażowana, a ruch do hosta B byłby wysyłany bezpośrednio do Internal Router’a. Wada? Konieczność dodawania takiej trasy ręcznie na każdym hoście w sieci 192.168.1.0/24…

3. Implementacja na przykładzie Cisco ASA

Sama implementacja jest stosunkowo prosta. Zanim przejdę do komend mała wzmianka – na Cisco ASA aż do wersji 6. oprogramowania nie było możliwości stosowania hairpinningu. Wynikało to z domyślnego blokowania ruchu pomiędzy interfejsami o tym samym security-level. Dopiero od wersji 7 dodano komendę “same-security”, która pozwalała na routowanie ruchu między interfejsami o identycznym security-level (z pewnymi ograniczeniami). Począwszy od wersji 7.2 oprogramowania pojawiła się komenda:

same-security-traffic permit intra-interface

To właśnie ona odpowiada za włączenie hairpinningu. I to tyle co do samej implementacji 🙂

4. Potencjalne problemy

Nietypowość sytuacji, w której się stosuje hairpinning może powodować pewne problemy. Tutaj opiszę dwa, najczęściej występujące:

a) problem z NATowaniem

Jeśli na Cisco ASA mamy uruchomiony NAT/global (w celu umożliwienia dostępu z sieci wewnętrznej do Internetu) to ubije on nam hairpinning:

nat (inside) 1 0.0.0.0 0.0.0.0
global (outside) 1 interface

Próbując spingować hosta B z hosta A na ASA pojawią się nastepujące logi:

%ASA-3-305006: portmap translation creation failed for icmp src inside:192.168.1.100 dst inside:192.168.2.200 (type 8, code 0)

Rozwiązaniem tego problemu jest dodanie dedykowanej konfiguracji NAT dla naszych sieci wewnętrznych, tak aby hairpinnowany ruch nie wpadał w NAT/global:

static (inside,inside) 192.168.1.0 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0
static (inside,inside) 192.168.2.0 192.168.2.0 netmask 255.255.255.0

Począwszy od wersji 8.3 oprogramowania zmieniła się składnia komend do NATowania na Cisco ASA, ale sama logika rozwiązania pozostaje taka sama:

object network obj-192.168.1.0
subnet 192.168.1.0 255.255.255.0
object network obj-192.168.2.0
subnet 192.168.2.0 255.255.255.0
object network obj_any
subnet 0.0.0.0 0.0.0.0
object network obj_any-01
subnet 0.0.0.0 0.0.0.0
object network obj-0.0.0.0
host 0.0.0.0
!
object network obj-192.168.1.0
nat (inside,inside) static 192.168.1.0
object network obj-192.168.2.0
nat (inside,inside) static 192.168.2.0
object network obj_any
nat (inside,outside) dynamic interface
object network obj_any-01
nat (inside,outside) dynamic obj-0.0.0.0

b) problem z asymetrycznym routingiem

Jeśli host A będzie nawiązywał komunikację z hostem B to ASA zarejestruje tylko pakiet SYN, a reszta komunikacji będzie już przechodziła bezpośrednio przez Internal Router. Na Cisco ASA możemy zatem zaobserwować sporo niekompletnych sesji, nie zmienia to jednak faktu, że będzie to działać:

Co innego, gdy to host B będzie inicjował komunikację. W takiej sytuacji pierwszym pakietem, który zauważy ASA będzie SYN-ACK co spowoduje, że nasza biedna ASA będzie zdezorientowana:

Pośrednim rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie funkcji “tcp state bypass“, konfigurowalnej z poziomu Modular Policy Framework (MPF):

ASA(config)#access-list tcp_bypass extended permit tcp 192.168.1.0 255.255.255.0 any
ASA(config)#access-list tcp_bypass extended permit tcp 192.168.2.0 255.255.255.0 any
ASA(config)#class-map tcp_bypass
ASA(config-cmap)#match access-list tcp_bypass
ASA(config-cmap)#policy-map tcp_bypass_policy
ASA(config-pmap)#class tcp_bypass
ASA(config-pmap-c)#set connection advanced-options tcp-state-bypass
ASA(config-pmap-c)#service-policy tcp_bypass_policy outside
ASA(config-pmap-c)#static (inside,inside) 192.168.1.0 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0
ASA(config-pmap-c)#static (inside,inside) 192.168.2.0 192.168.2.0 netmask 255.255.255.0

5. Podsumowanie

W tym artykule omówiliśmy przesłanki do stosowania hairpinningu, poznaliśmy konfigurację oraz zapoznaliśmy się z potencjalnymi problemami. Z mojej strony słowa podziękowania dla Jimmiego Larssona z bloga nat0.net, który rozgryzł temat hairpinningu w dedykowanym wpisie.