版權： 凌雲物網智科實驗室
聲明： 本文檔由凌雲物網智科實驗室郭工編著。
作者： 郭文學< QQ: 281143292 [email protected]>
版本： v1.0.0
該實驗主要目的是讓樹莓派的有線網卡(eth0)連接Internet，然後讓無線網卡工作在熱點模式(AP，Access Point)提供接入，這樣我們的手機、電腦等就可以通過無線連接樹莓派上網了。通過該實驗，我們可以瞭解手機電腦開熱點、以及無線路由器的工作原理，同時也會對計算機網絡有更加深入的認識。下面是我們實驗的網絡拓補圖：
一、軟件安裝和網絡配置
首先安裝兩個製作無線路由器必需的軟件：
hostapd： 該軟件能使無線網卡工作在軟AP(Access Point)模式，作為無線路由器使用，提供其他無線網卡接入上網；
wpa_supplicant： 該軟件是一個連接、配置WIFI的客戶端軟件，讓無線網卡工作在網卡模式，用來連接無線路由器上網；
dnsmasq： 該軟件能夠同時提供DHCP和DNS服務；
pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get update
pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get install hostapd dnsmasq
在最新的樹莓派版本中，所有的網絡接口默認使用dhcpd程序來進行管理並動態獲取IP地址。因為wlan0工作在AP模式，他要給連上來的客戶端提供IP地址，這時我們需要靜態配置IP地址，所以先在配置文件 /etc/dhcpcd.conf 中最下面添加一行去禁用 wlan0：
pi@raspberrypi:~$ sudo vim /etc/dhcpcd.conf
#interface eth0 #fallback static_eth0 denyinterfaces wlan0
接下來我們在 /etc/network/interfaces 中靜態配置無線網卡的IP地址，這裡我們將有線網卡的IP靜態配置成192.168.2.13，網關配置成我的無線路由器的IP地址 192.168.2.1，這個配置需要根據大家的實際網絡情況來配置，假如樹莓派有線網卡連接的路由器的LAN口IP地址是192.168.0.1，那麼它的IP地址應該是192.168.0.x，gateway就是路由器的IP地址192.168.0.1：
pi@raspberrypi:~ $ sudo vim /etc/network/interfaces
# interfaces(5) file used by ifup(8) and ifdown(8) # Please note that this file is written to be used with dhcpcd # For static IP, consult /etc/dhcpcd.conf and 'man dhcpcd.conf' # Include files from /etc/network/interfaces.d: source-directory /etc/network/interfaces.d auto lo iface lo inet loopback auto eth0 iface eth0 inet static address 192.168.2.13 netmask 255.255.255.0 gateway 192.168.2.1 allow-hotplug wlan0 iface wlan0 inet static address 192.168.10.1 netmask 255.255.255.0
pi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl disable dhcpcd 關閉dhcpd管理樹莓派網絡服務
pi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl enable networking 使用networking管理樹莓派網絡服務
pi@raspberrypi:~$ sudo reboot 重啟生效
二、無線路由器相關軟件配置
接下來修改hostapd程序的配置文件，該配置文件是無線路由器的相關配置，該配置中ssid選項用來配置路由器SSID為Pi3-AP，wpa_passphrase用來配置連接無線路由器的密碼為raspberry ，
pi@raspberrypi:~$ sudo vim /etc/hostapd/hostapd.conf
# 該選項配置hostapd監聽樹莓派的無線網卡wlan0 interface=wlan0 # 使用Linux內核裡的nl80211驅動，樹莓派linux內核裡默認使能了 driver=nl80211 # 這裡配置樹莓派的熱點名稱 ssid=Pi3-AP # 配置AP兼容802.11g hw_mode=g # IEEE 802.11b/g標準工作在2.4G頻段，頻率範圍為2.400—2.4835GHz，共83.5M帶寬。劃分為14個子信道，每個子信道寬度為22MHz，相鄰信道的中心頻點間隔5MHz。這裡設置使用頻段6 channel=6 # 配置AP兼容802.11n ieee80211n=1 # 使能WMM，它是WiFi多媒體的縮寫,是802.11e 標準的一個子集,可以把它看作某種協議或者功能。 wmm主要是用來優化語音、視頻等多媒體數據流的網絡通信質量。 wmm_enabled=1 # 設置IEEE 802.11n標準支持的各項特性 ht_capab=[HT40][SHORT-GI-20][DSSS_CCK-40] # 指定MAC地址過濾規則。0表示除非在禁止列表否則同意，1表示除非在同意列表否則禁止。2表示使用外部RADIUS服務器 macaddr_acl=0 # auth_algs指定採用哪種認證算法，採用位域（bit fields）方式來指定 auth_algs=1 # 加入此配置項後重啟啟動wifi熱點模塊即可很方便的隱藏SSID,如需不隱藏則將設置為0 ignore_broadcast_ssid=0 # 使用WPA2認證方式 wpa=2 # 使用WPA2-PSK wpa_key_mgmt=WPA-PSK # 設置連接該WiFi的密碼 wpa_passphrase=raspberry # 使用安全性能更高的AES加密，而不是TKIP rsn_pairwise=CCMP
修改hostapd的啟動配置文件，讓系統啟動時能夠找到hostapd的配置文件：
pi@raspberrypi:~ $ sudo vim /etc/default/hostapd
# Defaults for hostapd initscript # # See /usr/share/doc/hostapd/README.Debian for information about alternative methods of managing hostapd. # # Uncomment and set DAEMON_CONF to the absolute path of a hostapd configuration # file and hostapd will be started during system boot. An example configuration # file can be found at /usr/share/doc/hostapd/examples/hostapd.conf.gz # DAEMON_CONF="/etc/hostapd/hostapd.conf" # Additional daemon options to be appended to hostapd command:- # -d show more debug messages (-dd for even more) # -K include key data in debug messages # -t include timestamps in some debug messages # # Note that -B (daemon mode) and -P (pidfile) options are automatically # configured by the init.d>這時候，可以使用下面命令啟動測試 hostapd
pi@raspberrypi:~ $ sudo hostapd -B /etc/hostapd/hostapd.conf
Configuration file: /etc/hostapd/hostapd.conf
Failed to create interface mon.wlan0: -95 (Operation not supported) 不用關心這個錯誤
wlan0: Could not connect to kernel driver
Using interface wlan0 with hwaddr b8:27:eb:e1:95:c3 and ssid "Pi3-AP"
wlan0: interface state UNINITIALIZED->ENABLED
wlan0: AP-ENABLED
通過筆記本或電腦會發現 無線AP Pi3-AP，但是連接不上，這是因為樹莓派的無線網卡並沒有開啟 DHCP和DNS服務器，接下來我們配置dnsmasq。
pi@raspberrypi:~$ sudo mv /etc/dnsmasq.conf /etc/dnsmasq.conf.orig
pi@raspberrypi:~$ sudo vim /etc/dnsmasq.conf
# Configuration file for dnsmasq. # # Format is one option per line, legal options are the same # as the long options legal on the command line. See # "/usr/sbin/dnsmasq --help" or "man 8 dnsmasq" for details. # Use interface wlan0 interface=wlan0 # Explicitly specify the address to listen on listen-address=192.168.10.1 # Bind to the interface to make sure we aren't sending things elsewhere bind-interfaces # Forward DNS requests to 114DNS server=114.114.114.114 # Don't forward short names domain-needed # Never forward addresses in the non-routed address spaces. bogus-priv # Assign IP addresses between 192.168.10.100 and 192.168.10.200 with a 12 hour lease time dhcp-range=192.168.10.100,192.168.10.200,12h #log-queries #log-facility=/var/log/dnsmasq.logpi@raspberrypi:~$ sudo service dnsmasq restart
開啟DHCP和DNS服務之後，我們的電腦可以獲取IP地址，並連接到樹莓派上，但是電腦還是不能上網。這時我們需要開啟Linux的內核的IP轉發以及使用iptables做NAT表，讓無線網卡的數據通過有線網卡轉發出去。
開啟Linux內核的IP轉發功能：
pi@raspberrypi:~$ sudo sh -c "echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward"
開啟樹莓派有線網卡和無線網卡的轉發功能：
不管現在eth0的出口獲得了怎樣的動態ip，MASQUERADE會自動讀取eth0現在的ip地址然後做SNAT出去這樣就實現了很好的動態SNAT地址轉換：
pi@raspberrypi:~$ sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
pi@raspberrypi:~$ sudo iptables -A FORWARD -i eth0 -o wlan0 -m state --state RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
pi@raspberrypi:~$ sudo iptables -A FORWARD -i wlan0 -o eth0 -j ACCEPT
這時候筆記本或手機再連上樹莓派上，就可以上網了。當然，由於上面命令都是手動執行的，樹莓派上電後，並不會執行他們，這時我們需要進行一些配置，讓系統啟動後就生效：
保存當前的防火牆策略到配置文件中：
pi@raspberrypi:~$ sudo sh -c "iptables-save > /etc/iptables.ipv4.nat"
修改系統啟動腳本，添加啟動任務：
pi@raspberrypi:~$ sudo vim /etc/rc.local
sh -c "echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward"
iptables-restore < /etc/iptables.ipv4.nat
exit 0
然後重啟生效：
pi@raspberrypi:~$ sudo reboot
接下來我們的電腦就可以連到樹莓派上上網了。
三、樹莓派切換回網卡模式
在做完無線路由器模式後，如果需要把樹莓派切換回網卡模式連接無線路由器上網，則可以進行如下修改：
首先取消無線路由器的靜態IP地址配置，並使能wpa_supplicant軟件：
pi@raspberrypi:~ $ sudo vim /etc/network/interfaces
# interfaces(5) file used by ifup(8) and ifdown(8) # Please note that this file is written to be used with dhcpcd # For static IP, consult /etc/dhcpcd.conf and 'man dhcpcd.conf' # Include files from /etc/network/interfaces.d: source-directory /etc/network/interfaces.d auto lo iface lo inet loopback auto eth0 iface eth0 inet dhcp # wpa_supplicant station mode allow-hotplug wlan0 iface wlan0 inet dhcp wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf # hostapd AP mode #allow-hotplug wlan0 #iface wlan0 inet static #address 192.168.10.1 #netmask 255.255.255.0取消iptables路由轉發默認啟動：
pi@raspberrypi:~ $ sudo vim /etc/rc.local
#!/bin/sh -e # # rc.local # # This>停止hostapd服務，啟動wpa_supplicant服務
pi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl disable hostapd.service
pi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl enable wpa_supplicant.service
pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot
