单细胞生物都能学会的树莓派4B实现路由器

news2024/11/14 19:01:08

本文参考自CSDN用户羟基氟化宇的畅玩树莓派4B（二）树莓派搭建无线路由器（支持5GWIFI）
本文补充其中的细节及遇到的问题。
本文提及的代码，均需在树莓派终端中运行。

〇、硬件准备

树莓派4B一个、网线一根。
（如果需要从树莓派再引网线出去，还需要网口->USB转接器一个、额外网线一根）
将网线插入树莓派就可以开始以下操作啦。
具体接线在此不赘述，就跟普通路由器一样接。

一、工具安装

为了可以从更快或者更可靠的服务器下载软件包，需要修改软件源。
打开软件源文件，修改其中的软件源：

sudo nano /etc/apt/sources.list

在打开的文件中，注释掉原有的软件源。
根据 Debian 版本（bullseye 或 buster）的不同，所需修改的软件源也不同。
如果文件首行出现“bullseye”，则在文件末尾添加：

deb https://mirror.nju.edu.cn/debian/ bullseye main contrib non-free
deb https://mirror.nju.edu.cn/debian-security/ bullseye-security main contrib non-free
deb https://mirror.nju.edu.cn/debian bullseye-updates main contrib non-free

如果出现“buster”，则在文件末尾添加：

deb https://mirrors.aliyun.com/raspbian/raspbian/ buster main contrib non-free rpi
deb-src https://mirrors.aliyun.com/raspbian/raspbian/ buster main contrib non-free rpi

在这里插入图片描述
ctrl+x退出并按y保存文件。执行语句安装工具：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y hostapd dnsmasq iptables dnsutils

  1. hostapd (Host Access Point Daemon): 这是一个使设备能够作为无线接入点的软件。hostapd 允许树莓派广播其自己的无线网络SSID，使其他设备能够连接到这个由树莓派创建的网络。

  2. dnsmasq: 这是一个轻量级的DNS和DHCP服务器，常用于小型网络（如家庭网络）。dnsmasq 可以为连接到树莓派的设备分配IP地址，并处理DNS解析。

  3. iptables: 这是一个灵活的网络流量管理工具，它通过设置规则来控制数据包的流向。iptables 用于设置网络路由规则，如NAT（网络地址转换），以允许多个设备共享同一个互联网连接。

  4. dnsutils: 这个包提供了用于查询和诊断DNS的工具，如dig和nslookup。这些工具可以帮助调试和管理网络上的DNS问题。

二、网卡配置

此步骤主要用于配置树莓派的无线网络接口（wlan0），使其作为一个静态IP地址的无线接入点，同时通过图形界面设置无线网络的SSID（网络名）和密码。

打开网络接口的配置文件。：

sudo nano /etc/network/interfaces

在文件末尾添加：

auto wlan0
allow-hotplug wlan0
iface wlan0 inet static
      address 192.168.90.1
      netmask 255.255.255.0

auto wlan0：表示在启动时自动激活wlan0网络接口。
allow-hotplug wlan0：如果这个接口是热插拔的（如USB无线网卡），则当它被插入时自动启动。
iface wlan0 inet static：为wlan0接口指定静态IP地址的配置。
address 192.168.90.1：设置树莓派无线网卡的IP地址。要注意不要与其他设备的地址冲突。
netmask 255.255.255.0：设置网络掩码，决定了网络的大小。
在这里插入图片描述
保存后打开配置工具

sudo raspi-config

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
依次选择后配置SSID和passphrase，即该路由器广播的无线网络的名称和访问密码。
在原文中还有选择地区为US（因为不同的国家有不同的无线频段和功率限制）的步骤，但笔者并没有遇到这一步。可以手动编辑无线网络配置文件：

sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

将里面的Country手动改成US即可。

三、DHCP和DNS配置

先对dns配置文件进行备份，然后打开：

sudo cp /etc/dnsmasq.conf /etc/dnsmasq.conf.bak
sudo nano /etc/dnsmasq.conf

在打开的文件末尾添加：

# DHCP
interface=wlan0
bind-interfaces
dhcp-range=192.168.90.100,192.168.90.200,48h

# DNS
log-queries
log-facility=/home/pi/logs/dnsmasq.log
no-hosts
clear-on-reload
dns-forward-max=1000
all-servers
server=8.8.8.8
server=208.67.222.222
server=4.2.2.1

interface=wlan0：指定 dnsmasq 服务绑定到哪个网络接口，这里是 wlan0，即树莓派的无线网卡。
bind-interfaces：确保 dnsmasq 只使用指定的接口，避免在多网卡设备上出现混淆。
dhcp-range=192.168.90.100,192.168.90.200,48h：设置DHCP地址池，从 192.168.90.100 到 192.168.90.200，租期为48小时。这意味着连接到树莓派的设备将从这个范围内自动获取IP地址。
log-queries：记录所有DNS查询，有助于调试和监控网络活动。
log-facility=/home/pi/logs/dnsmasq.log：指定日志文件的位置
no-hosts：不从 /etc/hosts 文件读取本地DNS记录。
clear-on-reload：重新加载配置文件时清空DNS缓存，这有助于保证配置更改立即生效。
dns-forward-max=1000：限制最大并发DNS转发请求的数量，这里设置为1000。
all-servers：查询所有配置的DNS服务器，而不是只查询一个直到得到响应。
server=8.8.8.8、server=208.67.222.222、server=4.2.2.1：设置用于DNS查询的上游DNS服务器，这些都是公共DNS服务器，提供稳定和快速的DNS解析服务。

保存后重启dnsmasq服务：

sudo service dnsmasq restart

接着，可以配置国内域名走国内DNS服务器解析
使用 curl 从 GitHub 上下载 felixonmars 的 dnsmasq-china-list，这是一个专门为中国大陆域名优化的DNS解析列表。
223.5.5.5 是阿里巴巴的公共DNS，也可以用腾讯的119.29.29.29，百度的180.76.76.76等。

sudo bash -c "curl -s https://raw.githubusercontent.com/felixonmars/dnsmasq-china-list/master/accelerated-domains.china.conf | sed 's/114.114.114.114/223.5.5.5/g' > /etc/dnsmasq.d/accelerated-domains.china.conf"

使用Github上的privacy-protection-tools/anti-AD禁广告，dnsmasq 将自动拦截那些已知的广告和跟踪域名的DNS请求

sudo bash -c "curl -s https://raw.githubusercontent.com/privacy-protection-tools/anti-AD/master/adblock-for-dnsmasq.conf > /etc/dnsmasq.d/adblock-for-dnsmasq.conf"

四、配置转发

此步骤是为了确保树莓派能够作为一个有效的路由器和网关，处理内外网络间的数据转发和地址转换，允许内部网络的设备通过树莓派接入互联网。

首先编辑文件

sudo nano /etc/sysctl.conf

去掉net.ipv4.ip_forward=1的注释。随后执行：

sudo sysctl -p

这将启用IP转发功能，允许树莓派转发接收到的数据包，使其可以在不同的网络接口之间路由数据包。
再依次运行下列命令以配置NAT：

# 清空现有的iptables规则
sudo iptables -F
sudo iptables -X
# 添加一个NAT规则，用于将从wlan0（无线网络接口）出去的数据包的源地址转换为eth0（有线网络接口）的IP地址。
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
# 允许从外部网络回应内网请求的数据包通过
sudo iptables -A FORWARD -i eth0 -o wlan0 -m state --state RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
# 允许从内网出去的数据包通过
sudo iptables -A FORWARD -i wlan0 -o eth0 -j ACCEPT
# 保存当前的iptables规则到文件中
sudo bash -c "iptables-save > /etc/iptables.rules"

编辑文件：

sudo nano /etc/rc.local

在exit 0前面添加：

iptables-restore < /etc/iptables.rules

这条命令在系统启动时自动加载保存的iptables规则，确保每次启动后防火墙规则都能正确应用。
在这里插入图片描述

五、配置hostapd

编辑配置文件

sudo nano /etc/hostapd/hostapd.conf

# 网卡，一般就是wlan0不用修改，除非使用了外接的无线网卡。
interface=wlan0
# 不用修改
driver=nl80211
# 5G
hw_mode=a
# 启用 802.11n
ieee80211n=1
# 启用 802.11ac
ieee80211ac=1
# 启用 802.11d
ieee80211d=1
# 启用 802.11h
ieee80211h=1
# 其他的国家代码似乎会出错
country_code=US
# (Wi-Fi MultiMedia) 多媒体优化，优先传输时间敏感型数据
wmm_enabled=1
# 信道。可选[36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 149, 153, 157, 161, 165]
channel=149
# (high-throughput 高吞吐量) 802.11n的带宽扩展技术
require_ht=1
# (very high throughput)   802.11ac的带宽扩展技术
require_vht=1
# 工作带宽 40MHz
vht_oper_chwidth=1
# channel+6 
vht_oper_centr_freq_seg0_idx=155
# 查看本小节后面的说明（硬件支持）
ht_capab=
# 查看本小节后面的说明（硬件支持）
vht_capab=
# 认证方式:WPA2-PSK
wpa=2
wpa_key_mgmt=WPA-PSK
# 加密方式:CCMP
rsn_pairwise=CCMP
# WIFI信息（根据自己的需求修改）
# wifi名称（就是搜索WIFI时显示的名字）
ssid=RASPI-WIFI
# wifi密码（就是连接WIFI时输入的密码）（必须8位以上，也就是最少输8个字母或数字）
wpa_passphrase=12345678

上面的配置中，ht_capab和vht_capab的内容与硬件支持密切相关。执行此代码查看硬件支持情况：

iw phy phy0 info

找到Capabilities
在这里插入图片描述
按照以下选项配置：

[LDPC]
	LDPC coding capability
[HT40-][HT40+]
	[HT40-] = both 20 MHz and 40 MHz with secondary channel below the primary channel;
	[HT40+] = both 20 MHz and 40 MHz with secondary channel above the primary channel;
	(20 MHz only if neither is set)
[SHORT-GI-20]
	Short GI for 20 MHz
[SHORT-GI-40]
	Short GI for 40 MHz
[TX-STBC]
	Tx STBC
[RX-STBC1][RX-STBC12][RX-STBC123]
	Rx STBC
[DELAYED-BA]
	HT-delayed Block Ack
[MAX-AMSDU-7935]
	Maximum A-MSDU length (3839 octets if not set)
[DSSS_CCK-40]
	DSSS/CCK Mode in 40 MHz
[40-INTOLERANT]
	40 MHz intolerant
[LSIG-TXOP-PROT]
	L-SIG TXOP protection support

我的配置为：

ht_capab=[HT40-][HT40+][SHORT-GI-20][SHORT-GI-40][DSSS_CCK-40]

找到VHT Capabilities
在这里插入图片描述
按照以下选项进行配置：

[MAX-MPDU-3895][MAX-MPDU-7991][MAX-MPDU-11454]
	Indicates maximum MPDU length
[VHT160][VHT160-80PLUS80]
	Indicates supported Channel widths
[RXLDPC]
	Rx LDPC coding capability.
[SHORT-GI-80]
	Short GI for 80 MHz
[SHORT-GI-160]
	Short GI for 160 MHz
[TX-STBC-2BY1]
	Tx STBC
[RX-STBC-1][RX-STBC-12][RX-STBC-123][RX-STBC-1234]
	Rx STBC: 
[SU-BEAMFORMER]
	SU Beamformer Capable
[SU-BEAMFORMEE]
	SU Beamformee Capable
[BF-ANTENNA-2][BF-ANTENNA-3][BF-ANTENNA-4]
	Compressed Steering Number of Beamformer Antennas Supported
	If SU beamformer capable, set to maximum value minus 1
[SOUNDING-DIMENSION-2][SOUNDING-DIMENSION-3][SOUNDING-DIMENSION-4]
	Number of Sounding Dimensions
[MU-BEAMFORMER]
	MU Beamformer Capable
[VHT-TXOP-PS]
	VHT TXOP PS
[HTC-VHT]
	+HTC-VHT Capable
	Indicates whether or not the STA supports receiving a VHT variant HT Control field.
[MAX-A-MPDU-LEN-EXP0][MAX-A-MPDU-LEN-EXP7]
	Maximum A-MPDU Length Exponent
[VHT-LINK-ADAPT2][VHT-LINK-ADAPT3]
	VHT Link Adaptation Capable
[RX-ANTENNA-PATTERN]
	Rx Antenna Pattern Consistency
[TX-ANTENNA-PATTERN]
	Tx Antenna Pattern Consistency

我的配置为：

vht_capab=[MAX-MPDU-3895][SHORT-GI-80][SU-BEAMFORMEE]

随后，执行：

sudo hostapd /etc/hostapd/hostapd.conf

如果没有问题就会看到AP-ENABLED
在这里插入图片描述

六、服务启停与状态查看

查询hostapd工作状态：

sudo systemctl status hostapd

如果发现状态是inactive，可以手动开启：

sudo systemctl start hostapd

也可以手动停止：

sudo systemctl stop hostapd

笔者在刚开始配置时遇到如下问题：

ty@raspberrypi:~ $ sudo systemctl start hostapd
Failed to start hostapd.service: Unit hostapd.service is masked.
ty@raspberrypi:~ $ sudo systemctl status hostapd
● hostapd.service
     Loaded: masked (Reason: Unit hostapd.service is masked.)
     Active: inactive (dead)

此时需要手动解除屏蔽：

sudo systemctl unmask hostapd

然后重启服务。
此时应该可以搜索到配置的WIFI信号了。
如果手机还是搜索不到对应的WIFI，尝试重启树莓派。

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