Linux Network Namespace(netns)使用——以PPPoE实验为例

netns是用来建立隔离的网络协议栈的，学习netns是因为计算机网络原理课程作业中有一个研究 PPPoE 网络协议的实验，需要有一个 server 和一个 client，通过对两者通信的抓包来理解协议内容和过程。Windows 有 wsl2，和 Windows 本身不共用网络层，因此可以一个当 server，一个当 client，但我只有一台 Linux 电脑，所以就需要用 netns 建立隔离的网络栈来模拟两台电脑。

一、netns 使用

netns 的使用是需要 sudo 权限的，且是 ip 系列的指令，因此相关指令的前缀都为 sudo ip netns。

增加一个网络空间的指令为add，后接网络名称，在这里创建两个网络空间，一个为net0，一个为net1，分别用于 PPPoE 的 server 和 client 搭建（之后如果想删除的话只需要用del指令即可）：

1 2	sudo ip netns add net0 sudo ip netns add net1

使用ls或show指令查看网络空间，确认两个网络空间已经建立：

sudo ip netns ls
# 输出应为：
# net0
# net1

如果想在某个特定的网络空间下运行指令，只需要给前缀sudo ip netns exec name即可，想在net0 空间中运行 ip addr 指令，只需要：

1	sudo ip netns exec net0 ip addr

新建立的网络命名空间的 loopback 接口是默认关闭的（在 ip addr 中可以看到接口lo的状态是DOWN），如果需要打开，使用：

1 2	# ip link set xxx up 是打开接口 xxx sudo ip netns exec net0 ip link set lo up

此时两个网络空间之间无法互相通信，需要有一根虚拟网线连接两个网络空间。这根虚拟网线就是 veth (virtual ethernet)。veth 总是成对出现的（相当于网线的两头），因此创建时是两个同时创建。使用ip link系列的add指令进行创建（同样，要删除只需要ip link del dev xxx）：

# 默认名字为 veth0 和 veth0
sudo ip link add type veth
# 或者也可以用自定义名字的方式：
# sudo ip link add name veth0 type veth peer name veth1

此时用ip addr指令应该可以看到这两个接口。接下来需要将两个接口分别绑定到两个网络空间：

1 2	sudo ip link set veth0 netns net0 sudo ip link set veth1 netns net1

这样虚拟网线的两端就绑定到两个网络空间了。但是此时两个网络之间还是不能通信，因为veth端口还没有打开，且还没有分配IP地址，因此要打开接口并分配地址：

# 打开接口
sudo ip netns exec net0 ip link set veth0 up
sudo ip netns exec net1 ip link set veth1 up
# 分配 IP 地址，这里以 192.168.0.2/24 和 192.168.0.3/24 为例(/24是子网掩码)
# ip a 是 ip addr 的缩写
sudo ip netns exec net0 ip a add 192.168.0.2/24 dev veth0
sudo ip netns exec net1 ip a add 192.168.0.3/24 dev veth1

分配好之后还需要手动配置路由，否则无法互相找到，使用ip r指令(是ip route的缩写)

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# 表示所有192.168.0.x的地址都通过veth0和veth1寻找
sudo ip netns exec net0 ip r add 192.168.0.0/24 dev veth0
sudo ip netns exec net1 ip r add 192.168.0.0/24 dev veth1

这样两个子网就可以互相ping通了，即可以互相通信了：

1 2	sudo ip netns exec net0 ping 192.168.0.3 # 从net0 ping net1 sudo ip netns exec net1 ping 192.168.0.2 # 从net1 ping net0

至此两个互相能通信的子网已经建立。

二、PPPoE

1. server 搭建

安装 PPPoE server：

1	sudo apt install pppoe

通过vim /etc/ppp/options 编辑 PPPoE 的配置文件并删除 #+chap 行首的注释符 #。

通过 vim /etc/ppp/pppoe-server-options 进行 server 的配置，写入：

require-chap
lcp-echo-interval 60
lcp-echo-failure 5
logfile /var/log/pppd.log

通过 vim /etc/ppp/chap-secrets 编辑 server 端认证的帐号密码，在最后一行加入：

1	test * 123456 * # client/server/secret/IP address

这里注意，因为本实验中 server 和 client 其实是同一台机器模拟的两个网络空间，即配置文件是共用的，因此在配置客户端的时候可能会把服务端的配置覆盖，需要配置完客户端后重新回来把被覆盖的部分加上。

之后启动server即可（注意在 net0 空间中启动）

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# -I 后跟的是使用的interface，选择和 net1 连接的 veth0，-L 指定server在子网中的地址，-R指定接入client的地址分配的起始点，-N指定允许的最多client
sudo ip netns exec net0 sudo pppoe-server -I veth0 -L 10.0.0.1 -R 10.0.0.2 -N
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2. client 搭建

安装pppoeconf：

1	sudo apt install pppoeconf

在子网net1中运行pppoeconf，并且指定使用veth1接口：

1	sudo ip netns exec net1 pppoeconf veth1

按顺序：popular options，选否；用户名，删掉默认的username，输入test；密码，输入123456；User peer DNS，选是；Limited MSS Problem，选是；Start connection at boot time，否；Establish a Connection，否。

此时pppoeconf应该覆盖了原先server端的chap-secrets，需要把test * 123456 * 重新加回配置文件。

更改结束后如果需要开启client连接，只需要在net1网络空间下运行sudo pon dsl-provider：

1	sudo ip netns exec net1 sudo pon dsl-provider

查看状态可以使用sudo plog，关闭连接可以用sudo poff

三、使用 tcpdump 抓包

我们需要在运行pon dsl-provider之前开启抓包，这样就能得到客户端进行连接时和server进行的交互信息。在客户端抓包还是在服务端抓包是一样的，只是发送的和接收的相反而已。在客户端抓包：

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# -i 为选择监听的 interface，-v 为 verbose（显示详细信息），-n 为不翻译地址（即不用dns翻译，可以加快速度），-w 为设置数据存储路径（存为pcap文件，可以用wireshark进行分析）
sudo ip netns exec net1 tcpdump -i veth1 -vn -w packet.cap

此时已经tcpdump已经开始监听 net1 的 veth1 了，之后所有通过这个接口发送的包都会被存下来，此时再开始连接过程：

1	sudo ip netns exec net1 sudo pon dsl-provider

连接完成后再关闭监听，此时所有连接过程的包都已经被保存到packet.cap文件中了，使用wireshark打开即可得到PPPoE各阶段的报文：