ラズパイ+3GPiをufw/hostapd/dnsmasqでモバイルWi-Fiルータにして格安SIMで使う

タイトル通りですが、ラズパイ＋メカトラックス様の「3GPi」を、ufw/hostapd/dnsmasqでモバイルWi-Fiルータ化し、格安SIMで使ってみます。

何ができるの？

• 固定回線や無線LANが無い環境でも、制御機器やGoogle Homeが使えます。（HT100LNなど市販の据置LTEルータと同じです）
• 格安SIMに固定IPアドレスのイプシムを使うと、ラズパイ自身や配下の無線LAN機器をInternet側から制御できます。（構築事例と、Google Homeと組み合わせた活用例(?)）

参照サイト

• Using your new Raspberry Pi 3 as a WiFi access point with hostapd ほぼこの内容通り
• Raspberry Pi 3 アクセスポイント化 〜hostapd〜 isc-dhcp-server、DNS無し
• [メモ] Raspberry Pi 3で、Wi-Fi アクセスポイントルータ isc-dhcp-server、DNS無し
• Raspberry Piでローカルアクセスポイントを立てる isc-dhcp-server、DNS無し、hostapdをmake
• Raspberry Piの無線LANアクセスポイント化 isc-dhcp-server、DNS無し、無線⇔有線LANをルーティング
• Raspberry Pi 3 を WiFi アクセス・ポイント化する 無線APのみ、DHCP/DNS無し、無線⇔有線LANをブリッジ

※何故かdnsmasqの代わりにisc-dhcp-serverが多いようですが、元記事に従ってdnsmasqを使い、DHCP兼DNSサーバにします。

ネットワーク構成

Internet --(3G回線)-- <ppp0>[3GPi+格安SIM]+[RPi]<wlan0> --(無線LAN)-- [制御機器、Google Home等]

準備するもの

• Raspberry Pi 3 Model B（またはRPi2とUSB無線LANドングルの組み合わせ＋追加設定）
• 3GPi＋同梱Raspbian(3gpi2-jessie-20170904)（またはUSBモデム＋追加設定）
• 3GPiで使える格安SIM
• 無線LAN機器（スマートフォン、タブレット、制御機器、Google Home等）

構築手順

1. ラズパイ＋3GPiをNATルータにします [ufw]
2. ラズパイを無線LANのAP（アクセスポイント）にします [hostapd]
3. ラズパイをDHCPサーバ・DNSサーバにします [dnsmasq]

※今回ラズパイの有線LANは利用しません。（無線LANとブリッジする、別LANで使う、などの応用は可能です）

ufwでラズパイ+3GPiをNATルータに

1. ufwのインストール、初期設定
   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
   

   全ての接続を拒否

   sudo ufw default deny
   

   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. 格安SIMのAPN設定

   sudo nmcli con add type gsm ifname "*" con-name [名称] apn [APN名] user [ID] password [Password]
   

3. IPv4フォワーディングを有効に変更（コメントアウトを外す）

   sudo vi /etc/sysctl.conf
   

   /etc/sysctl.conf

   net.ipv4.ip_forward=1
   

4. ufwのNAPT設定
   IPv4フォワードポリシーを有効に変更

   sudo vi /etc/default/ufw
   

   /etc/default/ufw

   #DEFAULT_FORWARD_POLICY=”DROP”
   DEFAULT_FORWARD_POLICY=”ACCEPT"
   

   NAPT(MASQUERADE)を設定

   sudo vi /etc/ufw/before.rules
   

   /etc/ufw/before.rules

   #「# Don't delete these required lines, otherwise there will be errors」の直前に追加
   # NAPT
   *nat
   :POSTROUTING ACCEPT [0:0]
   -A POSTROUTING -s 192.168.168.0/24 -o ppp0 -j MASQUERADE
   COMMIT
   

hostapdでラズパイを無線APに

1. wlan0（無線LAN I/F）をDHCPから固定IPアドレスに変更
   wlan0をDHCPクライアントの対象から除外

   sudo vi /etc/dhcpcd.conf
   

   /etc/dhcpd.conf

   #（最終行に追加）
   denyinterfaces wlan0
   

   wlan0にIPアドレスを指定（このIPアドレスが無線LAN機器のdefault gwになります）

   sudo vi /etc/network/interfaces
   

   /etc/network/interfaces

   #iface wlan0 inet manual
   #    wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
   iface wlan0 inet static
       address 192.168.168.1
       netmask 255.255.255.0
       network 192.168.168.0
       broadcast 192.168.168.255
   

   DHCPクライアントの再起動、wlan0のdown/up

   sudo service dhcpcd restart
   sudo ifdown wlan0; sudo ifup wlan0
   

   wlan0の確認

   ifconfig

   $ ifconfig wlan0
   wlan0     Link encap:Ethernet  HWaddr b8:27:eb:xx:xx:xx
             inet addr:192.168.168.1  Bcast:192.168.168.255  Mask:255.255.255.0
             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)
   

2. hostapdのインストール、設定
   インストール

   sudo apt-get install hostapd
   

   設定ファイルを新規作成

   sudo vi /etc/hostapd/hostapd.conf
   

   /etc/hostapd/hostapd.conf

   # This is the name of the WiFi interface we configured above
   interface=wlan0
   
   # Use the nl80211 driver with the brcmfmac driver
   driver=nl80211
   
   # This is the name of the network ※SSID名
   ssid=RPi
   
   # Use the 2.4GHz band
   hw_mode=g
   
   # Use channel 6 ※チャンネル
   channel=6
   
   # Enable 802.11n
   ieee80211n=1
   
   # Enable WMM
   wmm_enabled=1
   
   # Enable 40MHz channels with 20ns guard interval
   ht_capab=[HT40][SHORT-GI-20][DSSS_CCK-40]
   
   # Accept all MAC addresses
   macaddr_acl=0
   
   # Use WPA authentication
   auth_algs=1
   
   # Require clients to know the network name
   ignore_broadcast_ssid=0
   
   # Use WPA2
   wpa=2
   
   # Use a pre-shared key
   wpa_key_mgmt=WPA-PSK
   
   # The network passphrase ※WPAパスワード
   wpa_passphrase=***
   
   # Use AES, instead of TKIP
   rsn_pairwise=CCMP
   

   ブート時の設定ファイルを指定

   sudo vi /etc/default/hostapd
   

   /etc/default/hostapd

   #DAEMON_CONF=""
   DAEMON_CONF="/etc/hostapd/hostapd.conf"
   

3. hostapdの動作確認
   hostapdをフロントでテスト起動

   sudo /usr/sbin/hostapd /etc/hostapd/hostapd.conf
   

   無線LAN機器からSSIDが見えること、および無線LAN機器にIPアドレス等を以下の通り手動設定して接続

   IPアドレス：192.168.168.2
   ネットマスク：255.255.255.0
   ゲートウェイ：192.168.168.1

   無線LAN機器上で疎通を確認

   無線LAN機器で実行

   ping 192.168.168.1
   ping 8.8.8.8
   

dnsmasqでラズパイをDHCP/DNSサーバに

1. /etc/hostsにwlan0のIPアドレスとホスト名を追加（dnsmasqのwarning対策）

   sudo vi /etc/hosts
   

   /etc/hosts

   192.168.168.1   rpi3
   

2. dnsmasqのインストール、設定
   インストール

   sudo apt-get install dnsmasq
   

   デフォルト設定ファイルをリネーム、設定ファイルを新規作成

   sudo mv /etc/dnsmasq.conf /etc/dnsmasq.conf.orig  
   sudo vi /etc/dnsmasq.conf
   

   /etc/dnsmasq.conf

   interface=wlan0      # Use interface wlan0
   listen-address=192.168.168.1 # Explicitly specify the address to listen on
   bind-interfaces      # Bind to the interface to make sure we aren't sending things elsewhere
   domain-needed        # Don't forward short names
   bogus-priv           # Never forward addresses in the non-routed address spaces.
   dhcp-range=192.168.168.11, 192.168.168.20, 24h # Assign IP addresses between 192.168.168.11 and 192.168.168.20 with a 24 hour lease time
   

   ※server=8.8.8.8 # Forward DNS requests to Google DNSは指定しません。

3. dnsmasqの動作確認
   無線LAN機器を手動設定からDHCPに戻して再接続し、以下のようにIPアドレス等が割り当てられていることを確認

   IPアドレス：192.168.168.11 ～ 192.168.168.20のいずれか
   ネットマスク：255.255.255.0
   ゲートウェイ：192.168.168.1
   DNSサーバ：192.168.168.1

   Wi-Fiルータとして使えることを確認

   無線LAN機器で実行

   ping 192.168.168.1
   ping 8.8.8.8
   ping www.google.co.jp
   

4. 【参考】DHCPでしか動作しない機器¹に対し、常に同一のIPアドレスを割り当てる設定
   対象機器のMACアドレスを調べる（例：arpコマンド）

   arp -na
   

   dnsmasq.confに、MACアドレスとIPアドレスを指定する（IPアドレスはdhcp-rangeの範囲外でOK）

   /etc/dnsmasq.conf

   dhcp-host=XX:XX:XX:XX:XX:XX, GoogleHome, 192.168.168.2, infinite
   

実際に接続してみて

無線LAN機器がつながってしまえば、ラズパイを意識することはありません。当然ですが、それだけの用途であればHT100LNなどを利用する方が楽です。やはり、無線APがラズパイである、（DDNSやsshトンネルをうまく使ったり、固定IPアドレスSIMと組み合わせるなどして）Internet側からラズパイ自身や配下の無線LAN機器が制御できる、といった利点を活かすことができるかが鍵になると思います。

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1. Google Homeとか。 ↩