基于树莓派4B搭建校园网ipv6环境下的透明代理

使用设备

Raspberry Pi 4 Model B(System:Raspbian Buster with desktop Image with desktop based on Debian Buster Version:July 2019)
16GB SD Card
读卡器

前述

教育网通常情况下ipv6免费，ipv4视学校定价策略收费。ipv4由学校向运营商购买出口带宽，直接由学校教育网出口到运营商；ipv6则统一使用Cernet2的带宽。关于天津大学的校园网信息可参见天津大学校园网相关信息
有关Cernet2海外路由问题的相关信息可见文末参考[2]。使用HKT和HKBN应该在速度和延迟上体验是最好的，但是由于本校可能对ipv6进行了限速，所以无法得知此线路速度上限，但是足够日常使用（100Mbps）。

准备工作

这是面对从未使用树莓派的新手的简易指南，如果对树莓派有所了解，可忽略此部分

使用SDFormatter(Google Drive/Onedrive)对SD Card进行格式化。从树莓派官网下载最新的Raspbian系统，建议选择Raspbian Buster with desktop
使用win32diskimaer(sourceforge/Google Drive/Onedrive)对SD Card完成刻录。由于ssh默认关闭，需要在刻录完成后根目录内创建名为ssh的空文件
如果有显示屏可以直接连接然后配置即可。在无屏幕情况下可以用网线将电脑与树莓派连接，同时电脑使用WLAN上网，并将此WLAN共享给电脑与树莓派间的以太网连接。输入arp -a命令查询树莓派ip地址。（如果在这一步出现问题，可以禁用以太网连接再启用）
（图中树莓派ip为192.168.137.122）
使用Xshell进行连接，默认用户名pi，密码raspberry
换源和软件包更新

//清华大学源可直接通过ipv6连接
sudo sed -i 's#://raspbian.raspberrypi.org#s://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian#g' /etc/apt/sources.list
sudo sed -i 's#://archive.raspberrypi.org/debian#s://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspberrypi#g' /etc/apt/sources.list.d/raspi.list
sudo apt update && apt upgrade -y && apt autoremove
sudo reboot

VNC viewer不支持空密码，使用root用户须先设置密码，否则将无法连接。Raspbian Buster with desktop中带有realvnc服务端，可直接开启，客户端可于realvnc官网下载

无线AP设置

dnsmasq负责管理wlan0的DHCP和hostapd负责管理无线热点：

sudo apt install dnsmasq hostapd

在配置完成前暂时将它们关闭：

sudo systemctl stop dnsmasq
sudo systemctl stop hostapd

配置网卡wlan0的固定IP，在/etc/dhcpcd.conf文件末尾添加：

interface wlan0
    static ip_address=192.168.4.1/24
    nohook wpa_supplicant

重启dhcpcd使配置生效：

sudo service dhcpcd restart

配置dnsmasq，在/etc/dnsmasq.conf文件末尾添加：

interface=wlan0
dhcp-range=192.168.4.2,192.168.4.20,255.255.255.0,24h

开启dnsmasq：

sudo systemctl start dnsmasq

配置hostapd，可供参考的配置文件/etc/hostapd/hostapd.conf如下：
（关于树莓派5Ghz Wifi的说明请见参考[4]）

interface=wlan0
driver=nl80211
hw_mode=a
ieee80211ac=1
require_ht=1
require_vht=1
wmm_enabled=1
country_code=US
vht_oper_chwidth=1
channel=149
vht_oper_centr_freq_seg0_idx=155
ht_capab=[HT40-][HT40+][SHORT-GI-40][DSSS_CCK-40]
wpa=2
wpa_key_mgmt=WPA-PSK
rsn_pairwise=CCMP
ssid=zeocax
wpa_passphrase=zeocax

修改hostapd服务的配置，并使其开机自启。在/etc/default/hostapd末尾添加：

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

开启ipv4转发，在/etc/sysctl.conf文件末尾添加：

net.ipv4.ip_forward = 1

使ipv4转发生效：

sudo sysctl -p /etc/sysctl.conf

配置完成，开启hostapd服务：

sudo systemctl unmask hostapd
sudo systemctl enable hostapd
sudo systemctl start hostapd

这里经过不断试错发现的三个问题（如果有人能解决这些问题或者给出问题原因欢迎在评论区留言，十分感谢）:

hostapd.conf中注释中有中文字符会报错。
country_code设置为CN会报错。
US按照规定应该可以使用信道36，但是信道36启动时会报错。~~日版NS还得经由电脑再开一次热点。~~

透明代理搭建

~~根据国家相关法律法规及政策，此处内容不予显示。~~
在阅读此部分前请保证对代理有一定的了解，本处仅采用V2ray作为示范，若采取其它方案可自行阅读参考[5]

使用官方安装脚本安装V2ray：

sudo bash <(curl -4sSkL https://install.direct/go.sh)

V2ray相关的的文件如下：

/etc/v2ray/config.json      配置文件
/usr/bin/v2ray/v2ray        V2Ray 程序
/usr/bin/v2ray/v2ctl        V2Ray 工具
/usr/bin/v2ray/geoip.dat    IP 数据文件
/usr/bin/v2ray/geosite.dat  域名数据文件

通过查看帮助信息检查是否安装成功：

/usr/bin/v2ray/v2ray -help

接下来配置V2ray，此时如果对V2ray配置不熟悉，建议在电脑端使用V2ray图形化版本(V2rayNG)配置并测试成功，再直接复制此时的config以保证配置正确。

透明代理设置

对V2ray配置修改和iptables规则请见参考[3]V2ray文档

测试

从上到下依次为直接于树莓派上测速，直接于电脑上测速，通过树莓派搭建的透明代理测速。此时Steam下载速度约为2MB/S。
略微思考了一下，相较于树莓派直接测速，通过树莓派搭建的透明代理测速只增加了一个WLAN过程和几条iptables规则。而iptables规则一般不可能起到减慢网速的作用(刻意去做或许能够实现？)。所以原因只可能是无线网络，再次查看hostapd配置(这是最初配置，已在教程中删去)发现：

hw_mode=g：IEEE 802.11g (2.4 GHz)。2003年规范。最大理论速率54Mbps

改用5GHz更改配置文件后测速可达到应有速度（百兆左右上下行对等），Steam下载速度10Mb/s：
2446582872377342

参考

Author: @zeocax
Time: 2019-09-30
Copyright: CC BY 4.0