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

ラズパイ＋3GPiをNATルータにします [ufw]
ラズパイを無線LANのAP（アクセスポイント）にします [hostapd]
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

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

```text:/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


    ```text:/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


1. 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]

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


    ```text:/etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1

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


    ```text:/etc/default/ufw
#DEFAULT_FORWARD_POLICY=”DROP”
DEFAULT_FORWARD_POLICY=”ACCEPT"

NAPT(MASQUERADE)を設定

```

sudo vi /etc/ufw/before.rules


    ```text:/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

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


    ```text:/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


	```text:/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

```text: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)
```

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

```text:/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


    ```text:/etc/default/hostapd
#DAEMON_CONF=""
DAEMON_CONF="/etc/hostapd/hostapd.conf"

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

    ```text: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

/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


    ```text:/etc/hosts
192.168.168.1	rpi3

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

```text:/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。

1. 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

    ```text:無線LAN機器で実行
ping 192.168.168.1
ping 8.8.8.8
ping www.google.co.jp

【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）


    ```text:/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。

Google Homeとか。 ↩