RPi Zero 登录到树莓派并共享网络
- 一、准备工作
- 1. 工具/材料
- 2. 安装必备工具
- 二、搭建网络环境
- 1. 配置 WiFi 网络
- 2. 配置本地 DHCP 服务
- 三、启动并登录到树莓派
- 启动树莓派，获取 IP
- SSH 远程登录
- 重设密码
- 四、共享主机网络
- 收尾
本文章为系列文章《Raspberry Pi Zero 单板配置手记》的第二篇，上一篇为《Raspberry Pi Zero 单板配置手记（一）系统镜像的准备》。
因个人需求，只对单板的树莓派 （不含显示器、摄像头等外设，此 Zero 版本也不含无线模块） 及各种基本系统配置进行叙述。
一、准备工作
1. 工具/材料
- 树莓派 Zero（单板，不带无线模块）
- 先前已配置好的 TF 卡（请参考上一篇文章）
- USB-microUSB 数据线（供电/连接电脑用，至少能承载 1A 电流）
- 能联网的电脑，Linux 系统
- 利用 WiFi 网络连接树莓派
- 树莓派所用的无线网卡（接树莓派上，若树莓派具有无线模块，则无需额外准备）
- 电脑所用的支持 AP 模式的无线网卡（接电脑上，若所在区域有 WiFi 则无需准备）
- 利用 USB 数据线连接树莓派
- 额外的 USB-microUSB 数据线（非必需）
2. 安装必备工具
hostapd用于建立 WiFi 网络isc-dhcp-server用于搭建本地 DHCP 服务
$ sudo apt install --no-install-recommends -y \
hostapd isc-dhcp-server
二、搭建网络环境
无论是利用 WiFi 网络还是 USB 连接树莓派，均需一番配置过程。
1. 配置 WiFi 网络
如果区域内有现有的 WiFi 网络，则可跳过此小节，但提前应在 TF 卡中 wpa_supplicant.conf 文件配置好所连的 WiFi 网络。
要想利用无线网络连接，我们先要建立一个 WiFi。我们将利用 hostapd 来进行有关操作。
找到并设置网卡
先不连接无线网卡，在电脑上打开终端，输入命令
$ ifconfig -a | egrep '^[^ ]*:'
eth0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536
wlan0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
在命令的输出内容，可以看到当前已连接的网络接口，此时再插入支持 AP 模式的无线网卡，再次执行相同命令
$ ifconfig -a | egrep '^[^ ]*:'
eth0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536
wlan0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
wlan1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
相比上一次输出，新增的网络接口，即为此设备接口，在本例中，为 wlan1，部分系统中显示可能为 wlx????????????，问号部分为网卡的 MAC 地址。
若系统中使用 NetworkManager，为了避免其在之后的过程中造成影响，我们先取消该设备的自动管理，其中 wlan1 替换成自己的设备接口名称
$ sudo nmcli d se wlan1 managed no # 让 NetworkManager 不再自动管理 wlan1
配置 hostapd
新安装的 hostapd 需要进行两样配置，一个是默认的配置文件路径，一个是 WiFi 网络的配置。
使用文本编辑器编辑 /etc/default/hostapd 文件
# 找到 DAEMON_CONF 该行，取消注释并按此修改，或者新起一行，键入如下内容
DAEMON_CONF="/etc/hostapd/hostapd.conf"
然后切换到 /etc/hostapd/ 目录，编辑其下的 hostapd.conf 文件。若此文件不存在，则运行以下命令
$ gunzip -cdk /usr/share/doc/hostapd/examples/hostapd.conf.gz | sudo tee /etc/hostapd/hostapd.conf
此文件为示例文件，默认包含大量的注释内容，可用如下命令剥离所有注释。
egrep -v '^#|^$' /etc/hostapd/hostapd.conf | sudo tee /etc/hostapd/hostapd.conf
逐一编辑如下内容，找到对应的行，若无，则手动新起对应的行
# 设置网络接口，wlan1 改成自己的网卡接口名称
interface=wlan1
# 设置 SSID（WiFi 名称）
ssid=Test_Wifi
# 设置所在国家
country_code=CN
# 设置工作信道（按照网络环境自行选取，若不清楚可保持原样）
channel=1
# 设置 WiFi 加密方式 WPA2
wpa=2
# 设置 WiFi 密码（强度一定要足够）
wpa_passphrase=Test_Password
# 设置密钥管理方案及认证方案
wpa_key_mgmt=WPA-PSK
wpa_pairwise=CCMP
rsn_pairwise=CCMP
# 禁用 WPS 以避免攻击
wps_state=0
文件中，ssid 和 wpa_pairwise 两项设置必须和之前在树莓派中设置的无线网络名称、密码一致，若不一致，请修改名称和密码一致，或参考篇一对应部分，重新修改 wpa_supplicant.conf 文件。
保存文件，启动 hostapd 服务
$ sudo systemctl unmask hostapd # 作者电脑上 hostapd 服务被 masked 掉了
$ sudo systemctl restart hostapd # 启动/重启 hostapd 服务
若没有错误提示，则服务应当启动成功，可用手机或其他设备搜索下 WiFi 网络，在本例中，我可以找到一个名为 Test_Wifi 的无线网，则无线网络配置成功。
2. 配置本地 DHCP 服务
无论是自行搭建的 WiFi 网络，还是打算利用 USB 与树莓派通讯，均需要搭建 DHCP 服务，才能正常连接。
若使用现有网络，则无需配置本地 DHCP 服务，可跳过此小节。
本例中，我们使用 isc-dhcp-server 来搭建 DHCP。
首先编辑文件 /etc/dhcp/dhcpd.conf，若此文件不存在，则新建。按照如下内容进行配置
# 设置地址租期
default-lease-time 600;
max-lease-time 7200;
# 关闭 DDNS 更新
ddns-update-style none;
# 唯一 DHCP 服务器，设置以忽略局域网中可能存在的其他 DHCP 服务器
authoritative;
# 在文件末尾声明新的子网
# 本例中使用主机 IP 为 10.0.1.1，子网掩码 255.255.255.0，范围 10.0.1.100 ~ 10.0.1.200
# 本例中，主机所连网络网关地址为 10.2.2.1，DNS 服务器地址为 10.2.2.1
subnet 10.0.1.0 netmask 255.255.255.0 {
# 设置子网范围
range 10.0.1.100 10.0.1.200;
# 设置本地网关和路由主机为本机
option routers 10.0.1.1;
# 设置局域网的 DNS 服务器
# 可用 nmcli 命令查看系统所用的 DNS 服务器设置
# 若不清楚，可填 114.114.114.114 或 8.8.8.8
option domain-name-servers 10.2.2.1;
# 设置广播地址
option broadcast-address 10.0.1.255;
}
要想完全配置 DHCP 服务器，还需要修改默认配置文件中的接口名称，若使用 USB 进行连接，则此接口名称暂时未知。故我们将其放到最后。
接下来编写一个启动 DHCP 服务的 bash 脚本。将其保存为 start_dhcp
$ cat << EOF > start_dhcp
#!/bin/bash
if [ "x\$1" == "x" ]; then
echo "Usage: [sudo] \$0 <interface_name>"
exit 1;
fi
type nmcli && nmcli d se \$1 managed no
ifconfig \$1 10.0.1.1 netmask 255.255.255.0 up -dynamic
sleep 1
systemctl restart isc-dhcp-server
EOF
$ chmod a+x start_dhcp # 为脚本添加可执行权限
若使用 USB 连接，则跳过剩下的部分，直接参考“三、启动并登录到树莓派”，启动 DHCP 的过程将放到启动树莓派之后。
若使用 WiFi 连接，则接口名称同之前用来建立 WiFi 的网络接口，本例中是 wlan1，编辑文件 /etc/default/isc-dhcp-server
# 设置 DHCP 服务所用的接口名称
INTERFACESv4="wlan1"
然后启动 DHCP 服务
$ sudo ./start_dhcp wlan1
三、启动并登录到树莓派
启动树莓派，获取 IP
-
使用 WiFi 网络连接
若使用的是现有的 WiFi 网络，则电脑应提前登录到对应网络中。
连接好线路并插入 TF 卡，如图所示
作者使用的 Zero 不带无线模块，因此需要单接一个无线网卡，如图使用 OTG 接口连接了一个 USB 无线网卡。
注意电路板上两个 micro USB 端口有所不同，一个有
USB标识，是数据接口，可连接 USB 设备；另一个有PWR IN标识，仅能供电而无法传输数据。USB 设备一定要接到标有USB的端口上面。确定接好后，将供电线插入手机充电器然后接电，或插入到电脑的 USB 接口，树莓派 Zero 所需电流较小，仅凭电脑即可满足供电需求。
若使用现有网络，则电脑端应访问 WiFi 路由器的管理页面，等待新设备的接入，得到设备 IP 地址。
若使用的是自建的网络，则电脑端输入
$ watch 'arp -n | grep -v incomplete'然后等待出现一个新的 IP 地址，对应的 MAC 地址应该与树莓派所使用的网卡，或其板载的无线模块 MAC 地址相符。
在本例中，假设最终得到的 IP 地址为
10.0.1.100。 -
使用 USB 连接
连接好线路并插入 TF 卡，如图所示
仅需要一根 USB-microUSB 数据线，插入到传输数据的 micro USB 口即可。
当然供电口也可以接额外的供电线，这样与电脑的连接可随时断开，而不影响树莓派的正常运行。先不与电脑连接，在终端中输入
$ watch "ifconfig -a | egrep '^[^ ]*:'"然后将数据口处的数据线另一端插入电脑 USB 接口中。若接了额外的供电线，则另一根线可连接充电器，也可以接入到电脑中。
此过程中，注意电脑的终端中显示内容更新。当出现新的网络接口时，记住该名称，按 Ctrl+C 终止 watch 命令。
在本例中，作者得到的最新输出是
eth0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 eth1: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536 wlan0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500其中
eth1为新增的网络接口名称，则快速编辑文件/etc/default/isc-dhcp-server，设置其INTERFACESv4=的值为eth1，即INTERFACESv4="eth1"。保存后运行命令$ sudo ./start_dhcp eth1 # 在 eth1 上启动 DHCP 服务器紧接着，部分系统上可能看到网络提示，正在连接，或已建立有线连接。
同样，监视arp命令，等待树莓派分配得到一个 IP 地址$ watch 'arp -n | grep -v incomplete'在本例中，假定最终得到的 IP 地址为
10.0.1.100。
SSH 远程登录
无论是基于何种方式，我们目前已经获取到了树莓派的 IP 地址，本例中为 10.0.1.100。
在终端中输入
$ ssh pi@10.0.1.100 # 以用户 pi 登录到树莓派
若是第一次登录，会提示
The authenticity of host '10.0.1.100 (10.0.1.100)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is SHA256:...
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)?
此时输入 yes 并回车即可。
Raspberry Pi OS 的默认密码为 raspberry，输入密码后回车。若看到如下的提示符，我们便已成功登录至树莓派
pi@raspberrypi:~ $
重设密码
在开启 ssh 服务的同时，若仍使用默认密码，会有安全隐患。
接下来，我们为树莓派重新设置用户密码和 root 用户的密码。
pi@raspberrypi:~ $ passwd # 为当前用户 pi 重新设置密码
Changing password for pi.
Current password: # 此时输入原密码 raspberry 即可，不会显示，需要终止时可按 Ctrl+C
New password: # 输入新密码，不会显示
Retype new password: # 再次输入同样的新密码
passwd: password updated successfully
pi@raspberrypi:~ $ sudo passwd # 为 root 用户重新设置密码
New password: # 此时不需要验证密码，直接输入新密码即可
Retype new password: # 重复新密码
passwd: password updated successfully
至此，我们已成功登录到树莓派，并成功设置用户密码。
四、共享主机网络
当我们通过自建的 WiFi 或者 USB 数据线连接到树莓派时，此时树莓派仅和主机进行连接通讯，还无法访问到外界网络。
若使用现有的 WiFi 网络连接，则可忽略此部分。
我们在之前的配置中，已顺便为树莓派设置好了 DNS 解析和局域网网关。现在仅需要开启主机 Linux 系统上的流量转发即可。
基于 Debian 的 Linux 系统中，开启流量转发的方式是写 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 文件，同时开启防火墙的 nat 转发。
在主机的终端中输入
$ echo 1 | sudo tee /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
$ sudo iptables -t nat -I POSTROUTING -s 10.0.1.0/24 -j MASQUERADE
此时树莓派已可以通过主机共享网络连接，ssh 终端中可输入命令以验证连接可用性
pi@raspberrypi:~ $ ping blog.csdn -c 1 >/dev/null && echo Network OK.
接下来，你可以在 ssh 中对树莓派进行一系列的操作，包括更新软件包，安装其他工具等，这些问题在本文中不再赘述。
收尾
继昨天花长时间配置完树莓派的系统映像后，今天我们成功实现远程登录树莓派并共享主机网络。实际服务配置中，可能会出现不好解决的问题，可以在下方评论区评论，或者邮箱联系作者。
虽目前基本配置成功，但树莓派的无线网络连接还是不方便，我们使用 wpa_supplicant 只是配置了固定的网络，不够灵活，在下一篇文章中，我们会使用 NetworkManager 管理网络连接。
接下来是本系列文章的第三篇《Raspberry Pi Zero 单板配置手记（三）使用 NetworkManager 管理网络连接》。
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