使用樹莓派建立一個(gè)帶有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接功能的路由器

作者：Lukas Jan?nas 2022-04-15 13:19:31

在你的網(wǎng)絡(luò)路由器上使用 OpenWRT 獲得更多控制功能。

樹莓派是一種小型單板電腦，盡管只有信用卡大小，但是能做許多事情。實(shí)際上，這個(gè)小電腦幾乎可以成為你想讓它成為的任何東西，只要你打開想象力。

樹莓派愛好者已經(jīng)做了許多不同的項(xiàng)目，從簡(jiǎn)單的程序到復(fù)雜的自動(dòng)化項(xiàng)目和解決方案，如氣象站，甚至智能家居設(shè)備。這篇文章將展示怎樣使用 OpenWRT 項(xiàng)目將你的樹莓派變成帶有 LTE 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接功能的路由器。

關(guān)于 OpenWRT 和 LTE

OpenWRT 是一個(gè)利用 Linux 內(nèi)核為嵌入式設(shè)備開發(fā)的開源項(xiàng)目，它已經(jīng)存在超過 15 年了，擁有一個(gè)龐大而活躍的社區(qū)。

有許多使用 OpenWRT 的方法，但是它的主要目的還是用在路由器上。它提供了包管理功能和一個(gè)完全可寫的文件系統(tǒng)，并且因?yàn)樗牡拈_源屬性，你可以查看和修改代碼，并貢獻(xiàn)到開源生態(tài)。如果你想對(duì)你的路由器獲得更多的控制，這就是你想要的系統(tǒng)。

長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)Long-term evolution（LTE）是一個(gè)基于 GSM/EGDE 和 UMTS/HSPA 技術(shù)的無(wú)線寬帶通信標(biāo)準(zhǔn)。我使用的 LTE 調(diào)制解調(diào)器是一個(gè) USB 設(shè)備，可以為樹莓派電腦增加 3G 或 4G（LTE）蜂窩連接。

Teltonika TRM240 modem

安裝前的準(zhǔn)備

對(duì)這個(gè)項(xiàng)目來說，你需要：

一個(gè)帶有電源線的樹莓派
一臺(tái)運(yùn)行　Linux　的電腦
一張至少 16GB 的 SD 儲(chǔ)存卡
以太網(wǎng)線
LTE 調(diào)制解調(diào)器（我使用的是 Teltonika ??TRM240??）
一張移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的 SIM 卡

安裝 OpenWRT

首先，下載最新的 ??兼容樹莓派的 OpenWRT 的發(fā)布版本??。在 OpenWRT 官網(wǎng)，你可以看到 4 個(gè)鏡像：兩個(gè) ext4 文件系統(tǒng)的和兩個(gè) squashfs 文件系統(tǒng)的。我使用 ext4 文件系統(tǒng)。你可以下載 factory 或者 sysupgrade 鏡像，這兩個(gè)都運(yùn)行良好。

OpenWRT image files

下載了鏡像后，你按照 ??以下的說明?? 需要解壓并安裝它到 SD 卡上。這將會(huì)花些時(shí)間安裝固件，需要些耐心。一旦安裝完成，在你的 SD 卡上將會(huì)有兩個(gè)分區(qū)。一個(gè)是用來放 bootloader ，另一個(gè)是 OpenWRT 系統(tǒng)。

啟動(dòng)系統(tǒng)

要啟動(dòng)你的新系統(tǒng)，插入 SD 卡到樹莓派，用以太網(wǎng)線把樹莓派和你的路由器（或者交換機(jī)）相連，然后點(diǎn)亮。

如果你有使用樹莓派的經(jīng)驗(yàn)，你可能習(xí)慣于通過終端使用 SSH 訪問過它，或者通過顯示器和鍵盤連接到樹莓派。OpenWRT 工作有一點(diǎn)點(diǎn)不同。你與這個(gè)系統(tǒng)交互是通過網(wǎng)頁(yè)瀏覽器，所以你必須能夠通過網(wǎng)絡(luò)來訪問你的樹莓派。

缺省狀態(tài)下，樹莓派使用的 IP 地址是：192.168.1.1。用來配置樹莓派的計(jì)算機(jī)必須和樹莓派在同一個(gè)子網(wǎng)中。如果你的網(wǎng)絡(luò)沒有使用 192.168.1.x 地址，或者你不能確定，在 GNOME 打開 “設(shè)置Settings” ，導(dǎo)航到網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，選擇 “手動(dòng)Manual” ，然后鍵入以下的 IP 地址和子網(wǎng)掩碼：

IP 地址：192.168.1.15
網(wǎng)絡(luò)掩碼：255.255.255.0

IP addresses

在你的電腦上打開瀏覽器然后導(dǎo)航到 192.168.1.1 。這將打開一個(gè)驗(yàn)證網(wǎng)頁(yè)，你可以登錄到你的樹莓派。

OpenWRT login page

首次登錄不需要密碼，所以直接點(diǎn)擊 “登錄Login” 按鈕繼續(xù)。

設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接

樹莓派只有一個(gè)以太網(wǎng)口，而普通路由器有兩個(gè)：一個(gè)是 WAN（有線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）口，另一個(gè)是 LAN （本地區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）。

你有兩個(gè)選擇：

使用你的以太網(wǎng)口接入互聯(lián)網(wǎng)
使用 WIFI 接入互聯(lián)網(wǎng)

使用以太網(wǎng)連接

你決定使用以太網(wǎng)，導(dǎo)航到 “網(wǎng)絡(luò)Network → 接口Interfaces”。在這個(gè)設(shè)置頁(yè)面，按下與 “LAN” 接口對(duì)應(yīng)的藍(lán)色 “編輯Edit” 按鈕。

LAN interface

應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)一個(gè)彈窗，在這個(gè)窗口中，你需要鍵入與你將要連接樹莓派的路由器子網(wǎng)匹配的 IP 地址。如果需要的話，修改子網(wǎng)掩碼，并輸入樹莓派將要連接的路由器的 IP 地址。

Enter IP in the LAN interface

保存設(shè)置，然后通過以太網(wǎng)將你的樹莓派連接到路由器。你現(xiàn)在可以用這個(gè)新的 IP 地址訪問樹莓派。

當(dāng)你在把樹莓派投入生產(chǎn)環(huán)境使用之前，確保為你的 OpenWRT 設(shè)置一個(gè)密碼！

使用 WiFi 連接

如果你想通過 WiFi 將樹莓派連接到互聯(lián)網(wǎng)，導(dǎo)航到 “網(wǎng)絡(luò)Network → 無(wú)線Wireless” 。在 “無(wú)線Wireless” 菜單里，按下藍(lán)色的 “掃描Scan” 按鈕查找你的家庭網(wǎng)絡(luò)。

Scan the network

在彈出的窗口中，找到你的 WiFi 網(wǎng)絡(luò)然后連接它。不要忘記 “保存并應(yīng)用Save and Apply” 設(shè)置。

在這 “網(wǎng)絡(luò)Network→ 接口Interfaces” 部分，你應(yīng)該看到了一個(gè)新的接口。

New interface

當(dāng)你在把樹莓派投入生產(chǎn)環(huán)境使用之前，確保為你的 OpenWRT 設(shè)置一個(gè)密碼！

安裝必要的軟件包

默認(rèn)狀態(tài)下，路由器并沒有安裝許多軟件包。OpenWRT 提供了一個(gè)包管理器，帶有一系列你需要安裝的。導(dǎo)航到 “系統(tǒng)System → 軟件Software” 然后通過按下標(biāo)有 “更新列表…Update lists...” 的按鈕來更新你的包管理器。

Updating packages

你將會(huì)看到許多軟件包；你需要安裝以下這些：

??usb-modeswitch??
??kmod-mii??
??kmod-usb-net??
??kmod-usb-wdm??
??kmod-usb-serial??
??kmod-usb-serial-option??
??kmod-usb-serial-wwan??（如果沒有安裝的話）

另外，??下載這個(gè)調(diào)制解調(diào)器管理軟件包??，然后在彈出的窗口中按下標(biāo)有 “上傳軟件包…Upload Package...” 的按鈕來安裝它。重啟樹莓派讓安裝包生效。

設(shè)置移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接口

所有這些軟件包被安裝完之后，你可以設(shè)置移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接口。在連接調(diào)制解調(diào)器到樹莓派之前，請(qǐng)閱讀 ??調(diào)制解調(diào)器的說明書??，對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。然后連接你的移動(dòng)調(diào)制解調(diào)器到樹莓派，然后等待一會(huì)直到調(diào)制解調(diào)器啟動(dòng)。

導(dǎo)航到 “網(wǎng)絡(luò)Network → 接口Interfaces”。在頁(yè)面底部，按下 “添加一個(gè)新接口…Add new interface...” 按鈕。在彈出的窗口中，給你的接口起一個(gè)名字（比如 “mobile”），然后從下拉列表中選擇 “ModemManager” 。

Add a new mobile interface

按下一個(gè)標(biāo)有 “創(chuàng)建接口Create Interface” 的按鈕。你應(yīng)該看到一個(gè)新的彈出窗口。這是設(shè)置接口的一個(gè)主窗口。在這個(gè)窗口中，選擇你的調(diào)制解調(diào)器，然后鍵入像接入點(diǎn)名稱Access Point Name（APN）或是 PIN 碼之類的信息。

Configuring the interface

注意： 如果在列表中沒有調(diào)制解調(diào)器設(shè)備出現(xiàn)，嘗試重啟樹莓派或者安裝 ??kmod-usb-net-qmi-wwan?? 軟件包。

當(dāng)你已經(jīng)配置完你的接口，按下 “保存Save” 然后 “保存并應(yīng)用Save and Apply”。給系統(tǒng)一些生效的時(shí)間。如果一切正常，你應(yīng)該看到像這樣的一些東西。

Configured interface

如果你想通過接口查看你的網(wǎng)絡(luò)連接，你可以使用 SSH 連接到你的樹莓派 shell。在終端里，鍵入：

ssh root@192.168.1.1

缺省 IP 地址是 192.168.1.1：如果你修改了它，就用修改后的 IP 地址連接。當(dāng)連接后，在終端里執(zhí)行命令：

ping -I ppp0 google.com

如果一切正常運(yùn)行，那么你應(yīng)該從 Google 的服務(wù)器接收到 ping 回包。

Terminal interface

??ppp0??? 是你創(chuàng)建的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接口的默認(rèn)接口名稱。你可以通過使用 ??ifconfig?? 命令檢查你的接口。它只顯示活動(dòng)的接口。

設(shè)置防火墻

要讓移動(dòng)網(wǎng)接口運(yùn)行，你需要為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接口和本地網(wǎng)絡(luò)接口配置防火墻，以便引導(dǎo)流量到正確的接口。

導(dǎo)航到 “網(wǎng)絡(luò)Network → 防火墻Firewall”。在頁(yè)面的底部，你應(yīng)該看到一個(gè)叫做 “區(qū)域Zones” 的部分。

Firewall zones

設(shè)置防火墻最簡(jiǎn)單的方法就是調(diào)整 “wan” 區(qū)域。在 “已覆蓋的網(wǎng)絡(luò)Covered networks” 選項(xiàng)里按下 “編輯Edit” 按鈕，選擇你的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接口，然后 “保存并應(yīng)用Save and Apply” 你的設(shè)置。如果你不想用 WiFi 連接你的樹莓派，你可以從 “已覆蓋的網(wǎng)絡(luò)Covered networks” 里刪除 “wwan” 接口，或者關(guān)閉 WiFi 連接。

Firewall zone settings

如果你想為每個(gè)接口設(shè)置一個(gè)獨(dú)立區(qū)域，只需創(chuàng)建一個(gè)新區(qū)域然后分配必要的接口即可。舉個(gè)例子，你可能想有一個(gè)覆蓋移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接口的區(qū)域，并且通過它來轉(zhuǎn)發(fā) LAN 接口流量。按下 “添加Name” 按鈕，然后給你的區(qū)域 “命名Name”，檢查 “偽裝” 復(fù)選框，選中 “已覆蓋的網(wǎng)絡(luò)Covered networks” ，并選擇哪些區(qū)域可以轉(zhuǎn)發(fā)其流量。

Firewall zone settings

然后 “保存并應(yīng)用Save and Apply” 這些修改?，F(xiàn)在你有一個(gè)新的區(qū)域。

設(shè)置一個(gè)接入點(diǎn)

最后一步是為你的設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)。要設(shè)置一個(gè)接入點(diǎn)，導(dǎo)航到 “網(wǎng)絡(luò)Network → 無(wú)線Wireless” 。你將會(huì)看到一個(gè) WiFi 設(shè)備接口，一個(gè)名為 OpenWRT 的禁用的接入點(diǎn)，以及一個(gè)用于通過 WiFi 連接互聯(lián)網(wǎng)的連接（如果你之前沒有禁用或刪除它）。在這個(gè)禁用的接口上，按下 “編輯Edit” 按鈕，然后 “啟用Enable” 該接口。

Enabling wireless network

如果你想，你可以通過編輯 “ESSID” 選項(xiàng)來修改接口名稱。你也可以選擇它要關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。默認(rèn)情況下，它會(huì)與 LAN 接口關(guān)聯(lián)。

Configuring the interface

要為這個(gè)接口添加密碼，選擇 “無(wú)線安全Wireless Security” 選項(xiàng)，選擇 “WPA2-PSK” 加密方式然后在 “密鑰Key” 選項(xiàng)字段鍵入接口的密碼。

Setting a password

然后 “保存并應(yīng)用Save and Apply” 設(shè)置。如果設(shè)置正確的話，當(dāng)用你的設(shè)備掃描可用接入點(diǎn)的話，你應(yīng)該可以看到你分配了名稱的新接入點(diǎn)。

額外的軟件包

如果你愿意，你可以通過網(wǎng)頁(yè)界面為你的路由器下載額外的軟件包。只需到 “系統(tǒng)System → 軟件Software” 然后安裝你想從列表或者互聯(lián)網(wǎng)上下載的軟件包并上傳它。如果你在列表中沒有看到任何軟件包，請(qǐng)按下 “更新列表…Update lists...” 按鈕。

你也可以添加其他擁有適合與 OpenWRT 一起使用的軟件包的倉(cāng)庫(kù)。軟件包和它們的網(wǎng)頁(yè)界面是分開安裝的。軟件包名稱是以 “l(fā)uci-” 開始的是網(wǎng)也界面軟件包。