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@ipsim_net

anyPi(ラズパイ+3GPi)で固定IPアドレスSIMイプシムを使う

Last updated at Posted at 2017-11-13

ラズベリーパイ用3G通信モジュール「3GPi」・ラズパイ本体・コンソールI/Fモジュールなどがセットになった、メカトラックス様の「anyPi」で、グローバルIPアドレス固定割当の格安SIMイプシムを使ってみます。
anyPi.jpg

何ができるの？

有線LAN・無線LANが無い環境でも、外部からラズパイを制御できます。

ポイント

  • ラズパイに直接グローバルIPアドレスが割り当てられます → APNを設定するだけ！
  • Internet側からラズパイに接続可能です → ufwで必要な通信のみ許可します

※デフォルトの状態で使うと危険です。必ずufwやiptablesの設定を行いましょう。

準備するもの

ipsim.jpg

  • ラズパイIoTスタータキット「anyPi」 ※ラズパイ＋3GPiだけでも大丈夫です
    • Raspberry Pi 3 Model B
    • ラズベリーパイ用3G通信モジュール「3GPi(Ver.2)」
    • コンソールI/Fモジュール「PiConcole I/F」
    • Raspbian構築済microSDカード(3gpi2-jessie-20170904)、ACアダプタ、ケーブルなど
  • 固定IPアドレスMVNO「イプシム」標準SIM
  • 設定用PC（またはモニタ・キーボード）
  • DHCPが有効な有線LAN

開封から接続まで

セットアップ（約3分）

3GPi.jpg

  1. anyPiを組み立て、3GPiにイプシムのSIMカードを取り付け1ます。
  2. PiConsole I/FのUSBシリアルをPCに接続2（またはラズパイにモニタ・キーボードを接続）します。
  3. 初期設定のため有線LANに接続し、起動します。

初期設定（約10分）

  1. なにはともあれ、まずはufwのインストール、設定を行います。
    インストール

    sudo apt-get install ufw

    IPv6無効

    sudo vi /etc/default/ufw
    /etc/default/ufw
    #IPV6=yes
IPV6=no

    全てを拒否し、ローカル(192.168.0.0/24)からのssh接続のみ許可

    sudo ufw default deny
sudo ufw allow from 192.168.0.0/24 to any port 22 proto tcp

    default denyでもpingには応答してしまうので、ppp0（SIM側）のみ拒否

    sudo vi /etc/ufw/before.rules
    /etc/ufw/before.rules
    #「# ok icmp codes」の直前
# ppp0
-A ufw-before-input -p icmp -i ppp0 --icmp-type echo-request -j DROP

    ufw有効化、状態確認

    sudo ufw enable
sudo ufw status

  2. イプシムのAPNを設定します。
    イプシムはanyPi/3GPi付属のmicroSDにはプリセットされていないので、手動でAPN情報を設定

    sudo nmcli con add type gsm ifname "*" con-name ipsim.net apn 4gn.jp user sim@with password sim

  3. いったん電源をOFF、有線LANを取り外します。

    sudo shutdown -h now

接続確認（約3分）

3GPi_LED.JPG

  1. 電源をON、3GPiの青色LEDが
    《点灯》→《ゆっくり点滅》→《はやい点滅》
    と変化することを確認します。

  2. nmcliコマンド

    nmcli(1)
    $ nmcli con
NAME              UUID                                  TYPE     DEVICE
gsm-3gpi-iij      02cd067e-10d5-40a6-8aaf-************  gsm      --
ipsim.net         136604d4-df06-4f5b-91f8-************  gsm      ttyUSB3
gsm-3gpi-soracom  f297495c-9991-4b21-a811-************  gsm      --
ppp0              fb02a76b-4e2e-478e-bafd-************  generic  ppp0
    nmcli(2)
    $ nmcli dev status
DEVICE   TYPE      STATE      CONNECTION
ttyUSB3  gsm       connected  ipsim.net
ppp0     ppp       connected  ppp0
eth0     ethernet  unmanaged  --
lo       loopback  unmanaged  --
wlan0    wifi      unmanaged  --

    → iijさんやsoracomさんが見えますが気にせずに DEVICEにttyUSB3とppp0が表示されること、STATEがconnectedになっていることを確認します。

  3. ifconfigコマンド

    ifconfig
    $ ifconfig -a
eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr b8:27:eb:xx:xx:xx
          UP BROADCAST MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

lo        Link encap:Local Loopback
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1
          RX packets:128 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:128 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1
          RX bytes:10368 (10.1 KiB)  TX bytes:10368 (10.1 KiB)

ppp0      Link encap:Point-to-Point Protocol
          inet addr:XXX.XXX.XXX.XXX  P-t-P:10.64.64.64  Mask:255.255.255.255
          UP POINTOPOINT RUNNING NOARP MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:409 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:446 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:3
          RX bytes:36906 (36.0 KiB)  TX bytes:51480 (50.2 KiB)

wlan0     Link encap:Ethernet  HWaddr b8:27:eb:xx:xx:xx
          UP BROADCAST MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

wwan0     Link encap:Ethernet  HWaddr xx:xx:xx:xx:xx:xx
          BROADCAST MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

    →ppp0にグローバルIPアドレス(XXX.XXX.XXX.XXX)が割り当てられていることを確認します。

  4. netstatコマンド

    netstat
    $ netstat -nr
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags   MSS Window  irtt Iface
0.0.0.0         10.64.64.64     0.0.0.0         UG        0 0          0 ppp0
10.64.64.64     0.0.0.0         255.255.255.255 UH        0 0          0 ppp0

    →まぁ、PPPですからね。

実際に接続してみる

ラズパイからInternetに接続

  • pingなどで実際の接続や名前解決を確認します。

Internet側からラズパイに接続

  1. 接続元のグローバルIPアドレス(YYY.YYY.YYY.YYY)を確認し、ufwに許可設定を追加します。

    sudo ufw allow from YYY.YYY.YYY.YYY to XXX.XXX.XXX.XXX port 22 proto tcp

  2. ufwのstatusを確認します。

    ufw
    $ sudo ufw status verbose
Status: active
Logging: on (low)
Default: deny (incoming), allow (outgoing)
New profiles: skip

To                         Action      From
--                         ------      ----
22/tcp                     ALLOW IN    192.168.0.0/24
XXX.XXX.XXX.XXX 22/tcp     ALLOW IN    YYY.YYY.YYY.YYY

  3. 実際に手元のPCからInternet経由でラズパイに接続してみます。
    3G通信のため若干のタイムラグはありますが、sshは問題なく使えました。

  4. 後は、ufwに必要な許可設定を追加します。

ラズパイからラズパイに接続

  • 同一構成を2つ以上用意すると、ラズパイ⇔ラズパイ間の接続も可能です。

最後に

anyPi/3GPi付属microSDのRaspbianを使うと、後はufwのインストール＆設定とAPN設定だけで、Internet側からラズパイを制御可能な環境が出来上がります。まさにIoTスタータキット、とても簡単ですね。

補足：PiConsole I/Fについて

単品販売は無くanyPi同梱のみのようですが、PCのUSBポートに接続するだけでラズパイにシリアル接続ができて便利です。その他にも、16文字x2行のテキスト表示ディスプレイ、LED、タクトスイッチ、電子ブザー等が搭載されています。メカトラックスのラズパイIoTスタータキット「anyPi（エニーパイ）」のPiConsole I/Fを使ってみたに詳しくまとめられており、とても参考になります。ほとんど同記事からの抜粋になりますが、

スイッチを押す → イプシムの固定IPアドレスや3G回線の接続状況をディスプレイに表示する

といったことも簡単に実現できましたので、手順をまとめておきます。

  • I2Cの有効化

    sudo raspi-config

    起動後「5 Interfacing Options」→「P5 I2C」をenabledに変更

  • i2c-toolsはインストール済みだったたため、wiringpiのみ追加インストール

    sudo pip3 install wiringpi

  • WiringPi-Pythonを使ってAQM0802A / ST7032i LCD表示のst7032i.pyを修正

    vi st7032i.py
    st7032i.py
    #import wiringpi2 as wp
import wiringpi as wp

  • python3-dbusとpython-networkmanagerをインストール

    sudo apt-get install python3-dbus
sudo pip3 install python-networkmanager

  • サンプル3と6を合わせたスクリプトを作成

    b36.py
    #!/usr/bin/env python3
# -*- coding:utf-8 -*-

import wiringpi as wp
PIN_SW1_WHITE = 19
PIN_SW2_BLACK = 16
PIN_LED1_RED = 20
PIN_LED2_YELLOW = 21
PIN_BUZZER = 25

import sys, socket, struct
from fcntl import ioctl
SIOCGIFADDR = 0x8915

from st7032i import St7032iLCD as LCD
I2C_ADDR_LCD = 0x3e

import NetworkManager
c = NetworkManager.const

def get_ip(interface):
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    try:
        ifreq  = struct.pack(b'16s16x', interface)
        ifaddr = ioctl(s.fileno(), SIOCGIFADDR, ifreq)
    finally:
        s.close()
    _, sa_family, port, in_addr = struct.unpack(b'16sHH4s8x', ifaddr)
    return (socket.inet_ntoa(in_addr))

if __name__ == '__main__':
    wp.wiringPiSetupGpio()
    wp.pinMode(20,1)
    wp.pinMode(21,1)
    wp.pinMode(25,1)
    lcd = LCD(I2C_ADDR_LCD)
    while True:
        sw1 = wp.digitalRead(PIN_SW1_WHITE)
        sw2 = wp.digitalRead(PIN_SW2_BLACK)
        if sw1 == 0:
            lcd.clear()
            wp.delay(250)
            lcd.set_cursor(0, 0)
            lcd.print("ppp0:")
            ip_addr_ppp0 = get_ip(b'ppp0')
            lcd.set_cursor(0, 1)
            lcd.print(ip_addr_ppp0)
        wp.delay(250)
        if sw2 == 0:
            lcd.clear()
            wp.delay(250)
            lcd.set_cursor(0, 0)
            lcd.print("state:")
            state = "{0}".format(c('state', NetworkManager.NetworkManager.State))
            lcd.set_cursor(0, 1)
            lcd.print(state)
        wp.delay(250)

  • 実行

    sudo python3 b36.py &

  • スイッチ操作
    白SW1を押すとイプシムの固定IPアドレスが、黒SW2を押すと3G回線の接続状況がそれぞれ表示されます。
    白SW1で固定IPアドレスが表示されない場合は、黒SW2で3G回線の接続状況を確認する、といった使い方が考えられますね。

  1. nano SIM＋変換アダプタを使いましたが、標準SIMの利用が無難です。 ↩

  2. Raspberry Pi で syslog に rsyslogd-2007: action 'action 17' suspended が出た時の対策を行いました。 ↩

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