基于Raspberry Pi的网关设计方案、实现
一、Raspberry Pi设备
1、关于树莓派硬件的说明：
树莓派硬件类型：3B+
cpu架构：aarch64_cortexr-a53
镜像：brcm2710
2、PC端必备软件
烧入镜像：balenaEtcher
备份、还原镜像：Win32DiskImager（该软件备份的镜像比较大，会备份整个SD卡，16GB）
远程登陆：PuTTy
传输文件：WinSCP
树莓派SD卡扩容：Linux下gparted，原始openwrt系统安装后内存为128MB。
3、OpenWrt系统：
3.1、Pi 3B+镜像：
下载：https://downloads.openwrt.org/snapshots/targets/brcm2708/bcm2710/
使用balenaEtcher烧入SD卡即可。此时是能够使用显示器显示pi的命令行，必须在启动pi之前接上显示器。只有在完成pi的网络配置之后，才能使用putty远程登陆。
下载镜像名为：openwrt-brcm2708-bcm2710-rpi-3-ext4-factory.img.gz
3.2OpenWrt网络设置
- 需要配置为文件：
（1）网络配置：
修改文件：/etc/config/network
web界面配置远程登陆：设定用户名、密码，用于在putty上远程登陆。配置后可使用putty远程登陆，可以上网。
（非必要）nps client（树莓派）端口开放：在web界面中设置Network> Firewall> Traffic Rules> Open ports on router
（2）wifi配置：
修改文件：/etc/config/wireless，配置后可连接wifi。
修改network配置：
config interface 'loopback'
option ifname 'lo'
option proto 'static'
option ipaddr '127.0.0.1'
option netmask '255.0.0.0'
config globals 'globals'
option ula_prefix 'fdce:2e49:45c9::/48'
config interface 'lan'
option type 'bridge'
option proto 'static'
# 设置路由器内网的IP,也是web界面登陆地址
option ipaddr '192.168.11.11'
option netmask '255.255.255.0'
option ip6assign '60'
# 广域网协议
config interface 'wan'
option proto 'dhcp'
option ifname 'eth0'
option ipv6 'auto'
网络配置完成后，需要reboot或者重启网卡（/etc/init.d/network reload）。
（关机命令：kill –USR1 1）
（3）web界面设置：
（4）wireless配置：
config wifi-device 'radio0'
option type 'mac80211'
option channel '36'
option hwmode '11a'
option path 'platform/soc/3f300000.mmcnr/mmc_host/mmc1/mmc1:0001/mmc1:0001:1'
option htmode 'VHT80'
#启动wifi
option disabled '0'
#配置wifi
config wifi-iface 'default_radio0'
option device 'radio0'
option network 'lan'
option mode 'ap'
option ssid 'OpenWrt_1'
option encryption 'psk2'
option key '123456789'
3.3OpenWrt镜像源设置
（1）需要配置的文件：
第三方镜像源：/etc/opkg/distfeeds.conf
默认镜像源：/etc/opkg.conf——这个可以不用修改，反正官网下载都很慢
（2）具体配置：
直接修改/etc/opkg/distfeeds.conf，替换成中科大镜像.
src/gz openwrt_core http://mirrors.ustc.edu.cn/lede/snapshots/targets/brcm2708/bcm2710/packages
src/gz openwrt_kmods http://mirrors.ustc.edu.cn/lede/snapshots/targets/brcm2708/bcm2710/kmods/4.19.69-1-75a2a48da3e9489814ae927d97f255a8
src/gz openwrt_base http://mirrors.ustc.edu.cn/lede/snapshots/packages/aarch64_cortex-a53/base
src/gz openwrt_luci http://mirrors.ustc.edu.cn/lede/snapshots/packages/aarch64_cortex-a53/luci
src/gz openwrt_packages http://mirrors.ustc.edu.cn/lede/snapshots/packages/aarch64_cortex-a53/packages
src/gz openwrt_routing http://mirrors.ustc.edu.cn/lede/snapshots/packages/aarch64_cortex-a53/routing
src/gz openwrt_telephony http://mirrors.ustc.edu.cn/lede/snapshots/packages/aarch64_cortex-a53/telephony
3.4OpenWrt开发环境搭建：必备软件安装
（1）查看安装的软件，命令：opkg list-installed
python：用于后期编写脚本
命令：
opkg update
opkg install python3
opkg install python-pip
（2）vsftpd 服务器：在PC使用WinSCP给树莓派传输文件。
命令：
opkg install vsftpd openssh-sftp-server
/etc/init.d/vsftpd enable
/etc/init.d/vsftpd start
WinSCP登陆界面配置：
（3）redsocks代理：这个在后面会详细说明，这里还有一些必备软件库没装。
命令：
opkg install redsocks
（注意：安装redsocks2行不通，在brcm2710版本的镜像不存在redsocks2）
二、nps服务器搭建与配置
1、nps：服务器配置、搭建
（1）nps使用参考网址：https://github.com/cnlh/nps
（2）nps release版本下载网址：https://github.com/cnlh/nps/releases
（3）nps直接使用release安装，由于使用git下载太慢。
（4）nps在Linux和OpenWrt上运行的版本不同：
树莓派：使用linux_arm64
Linux：使用linux_amd64
2、启动：
使用WinSCP将nps的server程序上传到阿里云的ubuntu，进入nps server文件夹，使用chmod增加nps的执行权限。
命令：./nps start
3、配置云服务器的端口：
这里配置的云服务器端口是：阿里云平台的ubuntu，不是nps服务端的代码。
目的：开启相应的nps服务器需要的端口。需要开启的端口如下：
（1）nps web：8080
（2）nps client：8284
（3）socket5代理端口：8888、9999
下面给出阿里云搭载的unbutu开启端口流程：实例->更多->网络和安全组->安全组配置
3.1、配置的流程：
3.2最终配置结果：
4、nps：客户端配置、启用
4.1配置：
（1）在nps的web端配置客户端的密钥
（2）在nps的web端启用socket5代理：
（注意：需要在云端服务器上开启端口：8888、9999，给nps client的socket5提供端口）
（3）启动nps客户端：（在树莓派上操作，nps客户端为：linux_arm64_client.tar.gz）
先进入客户端的文件夹，使用chmod 给npc赋予执行权限（命令：chmod +x npc）
命令：./npc –server=服务器IP:8284 –vkey=密钥
（注意：这里的端口一定是8284，与云端服务器开放的client端口一致，使用命令ps，查看后台进程）
三、redsocks代理
1、redsocks全局代理：不使用proxychains代理（这是局部代理）
树莓派必备软件：autoconf 、automake 、libtool 、libevent-dev、 g++（这些软件，在手动安装redsocks时，才需要自己安装，使用自动安装则不许需要）
1.1、redsocks安装、配置、启动
安装：使用中科大镜像源：先更新软件列表opkg update
命令：opkg install redsocks
注意：安装redsocks之后，redsocks的启动文件位置在：/usr/sbin/redsocks，这里和Linux下的redsocks存放位置不同。
1.2、配置：需要配置redsock文件、防火墙设置（自定义规则）
redsocks代理的配置文件：/etc/redsocks.conf
目前只配置redsocks：这是socket5代理，不需要配置redudp。
base {
//不开启日志
log_debug = off;
log_info = on;
log = "syslog:local7";
daemon = on;
redirector = iptables;
}
redsocks {
//pi的本地IP：使用ifconfig，获取eth0网卡的IP即可（这一步是错的）。
//这里使用0.0.0.0 表示：监听所有的接口，这个值默认为127.0.0.1（这个值也可以）
//开放端口12345：不需要手动配置
local_ip = 0.0.0.0;
local_port = 12345;
//nps服务器IP，需要在socket5代理中，配置相应端口：9999，这个客户端的pi在内网
ip = 服务器IP;
port = 端口;
//代理类型为socket5
type = socks5;
}
1.3、配置防火墙（自定义规则）：
确保所有外部连接wifi的设备，所有传输数据均能够通过pi，访问到nps的socket5代理。这里需要设置防火墙开放端口、传输协议、代理哪些网段传输的数据。（不需要在pi的web界面配置防火墙的端口）
（1）安装iptables：
命令：
opkg install iptables
（2）使用iptables设置防火墙：
命令：
iptables -t nat -N REDSOCKS
# PREROUTING：重定向的名单，走redsocks代理
iptables -t nat -A PREROUTING -i br-lan -p tcp -j REDSOCKS
iptables -t nat -A PREROUTING -i br-lan -p udp -j REDSOCKS
# REDSOCKS：不重定向名单，不走redsocks代理
iptables -t nat -A REDSOCKS -d 127.0.0.0/8 -j RETURN
# 此处的192.168.8.101/24，是web界面中获取的IP，这个IP会变化
iptables -t nat -A REDSOCKS -d 192.168.8.101/24 -j RETURN
iptables -t nat -A REDSOCKS -d 10.8.0.0/16 -j RETURN
iptables -t nat -A REDSOCKS -d 224.0.0.0/4 -j RETURN
iptables -t nat -A REDSOCKS -d 240.0.0.0/4 -j RETURN
# Redirect all kinds of traffic
#设置pi上的转发端口12345，不需要手动开启，和redsocks.conf中配置的端口一样
iptables -t nat -A REDSOCKS -p tcp -j REDIRECT --to-ports 12345
iptables -t nat -A REDSOCKS -p udp -j REDIRECT --to-ports 12345
（3）启动：
（需要使用ps提前看看redsocks是否启动，若重复启动则无法重复启动
错误：1571024202.303121 err redsocks.c:1390 redsocks_init_instance(...) bind: Address in use）
成功启动时，没有任何提示
命令：/usr/sbin/redsocks -c /etc/redsocks.conf
使用命令ps，查看是否启动成功：
四、完成：
至此，完成pi上的socket5代理设置，已经可以使用。将PC连接pi的wifi，之后就可以使用工程助手，实现远程登陆内网PLC。
五、扩展
- npc自动连接nps服务器：nps客户端自动连接nps服务器
- 云端的nps服务器开机自启动
- redsocks开机自启动
- 防火墙自动配置：iptable自动设置
- 自动安装OpenWrt开机必备软件
六、问题
- 关于nps丢包、传输速度慢的问题？
丢包：TCP隧道中，存在丢包现象。Socket5代理不存在丢包现象。
传输速度慢：（推测）可能是租借的服务器带宽小的问题——因为租借的是学生服务器，后期可以用其他带宽大的服务器来测试传输速度的问题。
七、个人微信公众号
欢迎各位关注个人微信公众号（都市扫地僧），CSDN登陆较少。
