Raspberry Pi AP功能改进: systemd服务封装以及dnsmasq的使用

前言
在上一篇《Raspberry pi 设置自动拨号, 搭建无线路由环境》一文中，笔者利用hostapd和udhcpd程序，创建无线热点，实现地址分配以及DNS服务器的设置。本篇将基于上一篇的环境，对树莓派AP进行改进：使用dnsmasq代替udhcpd实现DNS以及地址租约，并将AP功能封装成为一个服务


上一篇中使用的hostapd以及udhcpd，其方式有一些缺陷：

  1. 使用命令行方式启动，并未将启动本身封装成为一个固定的“服务”
  2. 三代树莓派的内置网卡以及笔者使用的外置网卡的名称均为wlan*，在系统启动的时候有可能造成编号的错乱
  3. udhcpd服务的配置文件里面，需要手动指定上游DNS的地址，使得调整起来并不方便

由于笔者使用的Kali系统是较新的Kali rolling，和Debian 9，Ubuntu16.04以及CentOS/RHEL 7.x一样，已经使用systemd代替了init，因此，针对第一个缺陷，笔者使用systemd将服务进行封装，方便进行管理。

systemd不仅能够管理系统服务，同时对于网络进行管理。针对第二个缺陷，笔者通过利用systemd-networkd，进行网卡设备的重命名，从而避免和内置网卡名称的混淆

针对第三个问题，udhcpd的静态指定DNS的问题，这里笔者将采用dnsmasq来代替，从而让AP客户端使用树莓派的上游DNS进行名称解析。

注：关于init以及systemd，将会在其他的博文中详细阐述，本文以实际应用为主

  • 网卡名称的修改
    在Debian whezzy版本以及CentOS/RHEL6.x当中，我们利用编写udev规则来修改网卡设备的名称，而现在我们能够利用systemd-networkd，通过编写.link文件，达到修改网卡名称的目的

我们需要查询到我们想要的硬件信息，通过如下命令：

[email protected]:~$ sudo udevadm info -a -p /sys/class/net/wlan1
......
......
ATTR{address}=="00:11:22:33:44:55"
DRIVERS=="rt2800usb"
......
......

在/etc/systemd/network目录下面创建一个.link文件，内容如下：

[email protected]:~$ sudo cat /etc/systemd/network/10-ethusb0.link
[Match]
MACAddress=00:11:22:33:44:55
[Link]
Description=USB to Ethernet Adapter
Name=ethusb0

之后重启开启systemd-networkd这个服务(如果已经开启了，可以忽略上述操作)，并且重新挂载网卡驱动，用ip命令可以查看到，网卡名称已经改变：

[email protected]:~$ sudo systemctl enable systemd-networkd.service
[email protected]:~$ sudo systemctl start systemd-networkd.service
[email protected]:~$ modprobe -r rt2800usb
[email protected]:~$ modprobe rt2800usb
[email protected]:~$ sudo ip l sh | grep ethusb0
6: ethusb0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP mode DEFAULT group default qlen 1000

之后对于hostapd的配置文件(hostapd的安装配置过程，请详见前言中提到的上一篇博文)，进行修改，修改之后的内容如下：

interface=ethusb0
ssid=raspberry_AP
hw_mode=g
channel=11
macaddr_acl=0
auth_algs=1
ignore_broadcast_ssid=0
wpa=2
wpa_passphrase=PASSWORD
wpa_key_mgmt=WPA-PSK
wpa_pairwise=TKIP
rsn_pairwise=CCMP
  • dnsmasq的安装以及配置
    下面介绍如何利用dnsmasq这个轻量级的应用来将树莓派作为DHCP服务端以及本地DNS服务器。首先简单介绍一下dnsmasq。这是一款轻量级的配置DNS代理以及DHCP和TFTP的工具，适用于小型网络，经常用于嵌入式系统，而且Openstack当中针对虚机实例的DHCP分发功能也是由dnsmasq来完成的。

首先，安装dnsmasq

[email protected]:~$ sudo apt-get dnsmasq

查询一下dnsmasq的介绍以及都安装了哪些内容：

[email protected]:~$ dpkg-query -l dnsmasq
Desired=Unknown/Install/Remove/Purge/Hold
| Status=Not/Inst/Conf-files/Unpacked/halF-conf/Half-inst/trig-aWait/Trig-pend
|/ Err?=(none)/Reinst-required (Status,Err: uppercase=bad)
||/ Name Version Architecture Description
+++-======================-================-================-==================================================
ii dnsmasq 2.76-5 all Small caching DNS proxy and DHCP/TFTP server

[email protected]:~$ dpkg-query -L dnsmasq
/.
/etc
/etc/default
/etc/default/dnsmasq
/etc/dnsmasq.conf
/etc/dnsmasq.d
/etc/dnsmasq.d/README
/etc/init.d
/etc/init.d/dnsmasq
/etc/insserv.conf.d
/etc/insserv.conf.d/dnsmasq
/etc/resolvconf
/etc/resolvconf/update.d
/etc/resolvconf/update.d/dnsmasq
/lib
/lib/systemd
/lib/systemd/system
/lib/systemd/system/dnsmasq.service
/usr
/usr/lib
/usr/lib/resolvconf
/usr/lib/resolvconf/dpkg-event.d
/usr/lib/resolvconf/dpkg-event.d/dnsmasq
/usr/share
/usr/share/dnsmasq
/usr/share/dnsmasq/installed-marker
/usr/share/doc
/usr/share/doc/dnsmasq

[email protected]:~$ sudo dpkg-query -L dnsmasq-base
/.
/etc
/etc/dbus-1
/etc/dbus-1/system.d
/etc/dbus-1/system.d/dnsmasq.conf
/usr
/usr/sbin
/usr/sbin/dnsmasq
/usr/share
/usr/share/dnsmasq-base
/usr/share/dnsmasq-base/trust-anchors.conf
/usr/share/doc
/usr/share/doc/dnsmasq-base
/usr/share/doc/dnsmasq-base/DBus-interface.gz
/usr/share/doc/dnsmasq-base/FAQ.gz
/usr/share/doc/dnsmasq-base/README.Debian
/usr/share/doc/dnsmasq-base/changelog.Debian.gz
/usr/share/doc/dnsmasq-base/changelog.archive.gz
/usr/share/doc/dnsmasq-base/changelog.gz
/usr/share/doc/dnsmasq-base/copyright
/usr/share/doc/dnsmasq-base/doc.html
/usr/share/doc/dnsmasq-base/examples
/usr/share/doc/dnsmasq-base/examples/dnsmasq.conf.example
/usr/share/doc/dnsmasq-base/setup.html
/usr/share/locale
/usr/share/locale/de
/usr/share/locale/de/LC_MESSAGES
/usr/share/locale/de/LC_MESSAGES/dnsmasq.mo
/usr/share/locale/es
/usr/share/locale/es/LC_MESSAGES
/usr/share/locale/es/LC_MESSAGES/dnsmasq.mo
/usr/share/locale/fi
/usr/share/locale/fi/LC_MESSAGES
/usr/share/locale/fi/LC_MESSAGES/dnsmasq.mo
/usr/share/locale/fr
/usr/share/locale/fr/LC_MESSAGES
/usr/share/locale/fr/LC_MESSAGES/dnsmasq.mo
/usr/share/locale/id
/usr/share/locale/id/LC_MESSAGES
/usr/share/locale/id/LC_MESSAGES/dnsmasq.mo
/usr/share/locale/it
/usr/share/locale/it/LC_MESSAGES
/usr/share/locale/it/LC_MESSAGES/dnsmasq.mo
/usr/share/locale/no
/usr/share/locale/no/LC_MESSAGES
/usr/share/locale/no/LC_MESSAGES/dnsmasq.mo
/usr/share/locale/pl
/usr/share/locale/pl/LC_MESSAGES
/usr/share/locale/pl/LC_MESSAGES/dnsmasq.mo
/usr/share/locale/pt_BR
/usr/share/locale/pt_BR/LC_MESSAGES
/usr/share/locale/pt_BR/LC_MESSAGES/dnsmasq.mo
/usr/share/locale/ro
/usr/share/locale/ro/LC_MESSAGES
/usr/share/locale/ro/LC_MESSAGES/dnsmasq.mo
/usr/share/man
/usr/share/man/es
/usr/share/man/es/man8
/usr/share/man/es/man8/dnsmasq.8.gz
/usr/share/man/fr
/usr/share/man/fr/man8
/usr/share/man/fr/man8/dnsmasq.8.gz
/usr/share/man/man8
/usr/share/man/man8/dnsmasq.8.gz
/var
/var/lib
/var/lib/misc

由上面结果可以看到，主程序为/usr/sbin/dnsmasq，默认配置文件为/etc/dnsmasq.conf，并且在systemd下面也有dnsmasq的服务。但是在本文中，为了将dnsmasq和hostapd封装成为一个统一的新服务，因此弃用程序包中默认安装的dnsmasq服务以及默认的配置文件。编辑新的配置文件如下所示，下面的配置中，使用dhcp-options给客户端传递DNS服务器为树莓派本身20.20.20.1，而树莓派使用/etc/resolv.conf文件作为上游的DNS服务器进行名称解析，而这个/etc/resolv.conf文件在进行pon dsl-provider拨号的时候，会自动获得。

[email protected]:~$ cat /etc/dnsmasq_AP.conf
#DHCP
listen-address=20.20.20.1,127.0.0.1
dhcp-range=20.20.20.2,20.20.20.20,12h
dhcp-option=3,20.20.20.1
user=dnsmasq

#DNS
no-hosts
cache-size=500
resolv-file=/etc/resolv.conf
  • service封装
    准备好上述过程之后，下面对于hostapd，dnsmasq进行统一的封装。

创建/lib/systemd/system/AP.service文件，内容如下所示。其中Unit段做描述以及服务依赖的配置；Service段做服务启动的配置，包括开启链路，配置网卡的IP地址，开启hostapd服务，以及开启dnsmasq服务；Install配置段指定该服务使用multi-user.target，对应于多用户状态。

[Unit]
Description=AP
Wants=network.target
Before=network.target
BindsTo=sys-subsystem-net-devices-ethusb0.device
After=sys-subsystem-net-devices-ethusb0.device

[Service]
Type=oneshot
RemainAfterExit=yes
ExecStart=/sbin/ip link set dev ethusb0 up
ExecStart=/sbin/ip addr add 20.20.20.1/24 broadcast 20.20.20.255 dev ethusb0
ExecStart=/usr/sbin/hostapd -B /etc/hostapd/hostapd.conf
ExecStart=/usr/sbin/dnsmasq -C /etc/dnsmasq_AP.conf

ExecStop=/sbin/ip addr flush dev ethusb0
ExecStop=/sbin/ip link set dev ethusb0 down

[Install]
WantedBy=multi-user.target

通过如下命令激活该service，并设置为开机自动启动。观察ip地址，hostapd服务，dnsmasq服务是否已经启动：

[email protected]:~$ sudo systemctl enable AP.service
[email protected]:~$ sudo systemctl start AP.service

[email protected]:~$ ps -ef | grep -E ".*hostapd|.*dnsmasq" | grep -v grep
root 1337 1 0 19:43 ? 00:00:12 /usr/sbin/hostapd -B /etc/hostapd/hostapd.conf
dnsmasq 1340 1 0 19:43 ? 00:00:00 /usr/sbin/dnsmasq -C /etc/dnsmasq_AP.conf

[email protected]:~$ ip a sh dev ethusb0
6: ethusb0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
link/ether c8:3a:35:d3:1b:4e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 20.20.20.1/24 brd 20.20.20.255 scope global ethusb0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::ca3a:35ff:fed3:1b4e/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever

将windows作为客户端尝试连接raspberry_AP，cygwin输出信息如下：

无线局域网适配器 无线网络连接: 连接特定的 DNS 后缀 . . . . . . . : 
描述. . . . . . . . . . . . . . . : Realtek RTL8723AE Wireless LAN 802.11n PCI-E NIC 
物理地址. . . . . . . . . . . . . : FF-FF-FF-FF-FF-FF 
DHCP 已启用 . . . . . . . . . . . : 是 
自动配置已启用. . . . . . . . . . : 是 
本地链接 IPv6 地址. . . . . . . . : fe80::c011:2b50:411b:56b7%38(首选) 
IPv4 地址 . . . . . . . . . . . . : 20.20.20.8(首选) 
子网掩码 . . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0 
获得租约的时间 . . . . . . . . . : 2017年5月14日 19:46:52 
租约过期的时间 . . . . . . . . . : 2017年5月15日 7:46:52 
默认网关. . . . . . . . . . . . . : 20.20.20.1 
DHCP 服务器 . . . . . . . . . . . : 20.20.20.1 
DHCPv6 IAID . . . . . . . . . . . : 810821406 
DHCPv6 客户端 DUID . . . . . . . : 00-01-00-01-1C-58-D9-FD-44-8A-5B-ED-33-CF 
DNS 服务器 . . . . . . . . . . . : 20.20.20.1 
TCPIP 上的 NetBIOS . . . . . . . : 已启用

尝试ping一下伟大的百度：

[jiangche00.jiangche00-PC]  ping www.baidu.com 
正在 Ping www.a.shifen.com [111.206.223.206] 具有 32 字节的数据: 
来自 111.206.223.206 的回复: 字节=32 时间=7ms TTL=56 
来自 111.206.223.206 的回复: 字节=32 时间=13ms TTL=56 
来自 111.206.223.206 的回复: 字节=32 时间=12ms TTL=56 
来自 111.206.223.206 的回复: 字节=32 时间=9ms TTL=56 

111.206.223.206 的 Ping 统计信息: 
数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)， 
往返行程的估计时间(以毫秒为单位): 
最短 = 7ms，最长 = 13ms，平均 = 10ms

至此，树莓派AP改造完毕！

时间： 2024-11-02 19:45:59

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