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校园网环境下通过OpenWrt软路由利用DNSPod实现QNAP NAS远程IPv4+IPv6双栈访问

起因是我在宿舍部署了一台NAS，定期对我的个人数据进行备份，同时在NAS上搭建了文件服务器、工作站、个人多媒体中心以及git等服务，但是因为校园网ipv4无法给上级路由配置端口转发，IPv6只能获取到128位的单设备地址，因此无法实现内网穿透，虽然有像远程组网、反向代理等内网穿透方案，但是需要通过第三方服务器中继，无法保证数据安全并且访问速度严重受限，经过一个多月的摸索，最终找到一套目前为止非常完美的解决方案，能够实现路由器后的设备正常访问IPv6，并且通过使用DNSPod域名解析服务实现单域名双栈访问，同时支持使用TLS/SSL协议，实现了随时随地不限速加密访问

概况

  • 网络使用的是西工大校园网，PPPoE拨号，千兆网速，支持IPv6，IPv4和IPv6均使用的DHCP地址分配机制

  • NAS使用的是威联通QNAP的TS-462C，系统是QTS 5.0.1.2277

  • 软路由使用的是GL-iNet MT1300，自带OpenWrt系统，固件版本19.07.8，内核版本4.14.241

方案分析

  • QNAP DDNS：威联通提供的DDNS直接获取的是校园网流量出口的公网IPv4地址，基本没有任何用处，使用路由器或者直接PPPoE拨号在校园网环境下均无法直接获得IPv6地址，DDNS形同虚设

  • myQNAPcloud Link：其运行机制实际上是使用的阿里云的服务器实现FRP反向代理，速度极慢并且只支持使用特定的app访问，同样我们也可以搭建自己的FRP服务器实现内网穿透，但是大带宽服务器费用很高，并不划算

  • 花生壳、NKN、DDNSTO、Link、ZeroTier等内网穿透方案：均需要第三方服务器进行中继，访问速度慢，并且数据安全难以保证

  • 校园网IPv4进行内网穿透的可行性：通过QNAP自带的DDNS服务能够获取到校园网IPv4出口的公网地址，路由器WAN口获得是校园网内上级路由分配的内网地址，如果需要内网穿透，需要对上级路由逐级配置端口转发，这条路行不通

  • 校园网IPv6进行内网穿透的可行性：目前校园网已经全面普及ipv6，但是西工大的校园网IPv6使用的是DHCPv6的地址分配机制，并且只给每个拨号设备分配一个128位的IPv6地址，只允许一个设备连接，不能划分子网，这种情况下如果使用路由器进行PPPoE拨号，只有路由器能够获取到IPv6地址，无法继续划分子网为路由器后设备进行IPv6的地址分配，如果使用NAS直接进行PPPoE进行拨号则获取不到IPv6地址（此问题应该是QNAP中的PPPoE缺少对于IPv6的支持），这条路也行不通

  • 软路由OpenWrt：校园网的局限性太大没有操作空间，所以上软路由，在接入校园网端口前对内网进行配置，在OpenWrt中进行NAT地址转换，IPv4无法穿透只能校内访问，所以只能使用NAT6，NAT是IPv4时代的产物，原理是将公网IPv4+公网端口号转换为内网IPv4+内网端口号，后来有人提出了NAT66和NAT64，之前我一直觉得NAT66是一个很鸡肋的东西，最初提出NAT是因为IPv4地址有限，利用端口号不仅能进行进程寻址还实现了主机寻址，从而实现了IP复用，但是对于IPv6来讲每个设备都有全球唯一的IPv6地址为什么还要进行地址转换，但当看到校园网奇葩的IPv6网段时好像明白了NAT66存在的意义，通过IPv6是可以在互联网定位到路由器的，因为路由器已经分配到了全球唯一的IPv6地址，但是路由器后的设备分配不到IPv6地址因此可以通过NAT转换实现公网IPv6到内网的转换，至于NAT66和NAT64的选择我个人更倾向于NAT64，因为在校园网环境下个人局域网部署IPv6没有任何意义反而需要配置复杂的防火墙，因此选择使用NAT64实现公网到内网的转换

方案思路

  • OpenWrt进行PPPoE拨号，校园网分配的IPv6地址比较特殊，不能使用OpenWrt内置的IPv6管理，需要手动配置网络接口才能获取到地址，需要注意LAN口同样需要配置，否则会因为LAN口无法分配子网地址造成地址冲突系统循环重启

    校园网环境下通过OpenWrt软路由利用DNSPod实现QNAP NAS远程IPv4+IPv6双栈访问_第1张图片

  • 路由器WAN端口获取到IPv6之后OpenWrt的IPv6 Ping测试以及IPv6路由追踪能够跑通，此时说明可以通过IPv6在定位到路由器

    校园网环境下通过OpenWrt软路由利用DNSPod实现QNAP NAS远程IPv4+IPv6双栈访问_第2张图片

  • 在OpenWrt中配置NAT64，需要注意OpenWrt的IPv6本身并没有NAT转发，建议使用socat或者lucky插件，比较推荐使用OpenWrt大佬古大羊写的lucky脚本，实现公网IPv6到内网IPv4的转换

  • 动态域名解析，推荐从腾讯云购买域名，可以直接使用DNSPod进行域名解析，在添加域名解析时在同一域名下同时配置A和AAAA的解析记录，同时申请免费的SSL证书，DNSPod的免费SSL证书实际上是TLS证书，安全性很高

    校园网环境下通过OpenWrt软路由利用DNSPod实现QNAP NAS远程IPv4+IPv6双栈访问_第3张图片

  • 将SSL证书导入QNAP NAS，便可以利用SSL协议通过https加密访问，其加密原理是当终端与服务器建立通信时，服务器首先向终端发送经过CA机构认证的公钥，终端利用服务器公钥对自己的秘钥进行加密发送给服务器，服务器通过私钥解密获得终端秘钥，从而建立加密通信

    校园网环境下通过OpenWrt软路由利用DNSPod实现QNAP NAS远程IPv4+IPv6双栈访问_第4张图片

  • 利用lucky或者直接在OpenWrt建立域名解析服务，首先将WAN口的IPv4地址推送到DNSPod域名解析的A记录，同时将路由器获取到的IPv6地址推送到同一域名下的AAAA记录，WAN口的IPv4地址实际上是校园网内网地址，IPv6地址是全球唯一的公网地址

    校园网环境下通过OpenWrt软路由利用DNSPod实现QNAP NAS远程IPv4+IPv6双栈访问_第5张图片

  • NAS固定内网IP，这样才能在实现静态的端口转发，使用lucky脚本建立端口转发，将公网IPv6的数据转发到NAS固定的IPv4内网地址，lucky的防火墙是自动配置的，不需要额外配置IPv6的防火墙，但是需要在OpenWrt的防火墙中配置IPv4的端口转发，以实现IPv4+IPv6的双栈访问

    校园网环境下通过OpenWrt软路由利用DNSPod实现QNAP NAS远程IPv4+IPv6双栈访问_第6张图片

  • 此时便能够实现NAS的远程访问，访问机制是如果终端在校园网内网，可以利用解析到的IPv4内网地址直接访问到路由器，OpenWrt利用NAT对IPv4端口进行转发实现内网快速访问（校园网内网IPv4的子网掩码是255.255.0.0，但是经过测试发现校园网内不同网段也可以互相访问，应该是校园网内网服务器对不同网段做了互连），如果终端不在校园网，则会通过公网IPv6地址定位到路由器，路由器通过lucky脚本监听IPv6端口进行NAT64端口转发实现远程访问，因为IPv4和IPv6使用的是同一域名，因此不需要考虑终端的IP地址类型（如果在外网访问必须通过IPv6，目前所有运营商的4G、5G网络均支持IPv6），访问速度约等于校园网网速，速度极快且安全性高

本文先讲解方案分析和方案思路，校园网环境比较特殊走了不少弯路，期间翻阅了很多资料扒了很多教程，最终总结出一个目前为止校园网环境下实现NAS远程访问的完整方案，本文先提供一个基本思路，工作量很大，以上方案思路的每一条都足够写一篇教程专门讲解，之后有时间会详细讲解方案思路中每一条的实施过程，对计算机网络比较了解的可以按照这个思路自行配置

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