在Raspberry Pi 3B+安裝FreeBSD 13.1 並實作WiFi Client/Access Point/Wireless Router等功能

     本實驗在Raspberry Pi 3B+硬體上安裝FreeeBSD 13.1系統，用來實現並測試當作WiFi Client 、 Access Point(AP)與Wireless Router的功能，三種模式如下圖所示:

因為FreeBSD尚未支援Raspberry Pi內建無線網卡的Driver，所以本次實驗以外加一片usb網卡(TP-Link TL-WN725N)來測試。

👉安裝FreeBSD 13.1系統在Raspberry Pi 3B+上

從FreeBSD官網下載image檔案:FreeBSD-13.1-RELEASE-arm64-aarch64-RPI.img.xz

下載Raspberry Pi Imager(https://downloads.raspberrypi.org/imager/imager_latest.exe)燒錄FreeBSD image到SD(註1)上，過程可參閱文末成果影片連結。

FreeBSD使用Raspberry Pi硬體，螢幕輸出的介面有兩種: primary為TTL Serial, Secondary 為Vodeo(HDMI介面)，本實驗使用USB-UART介面接到筆電的USB上，開啟PuTTY Serial Port，如下圖，Raspberry Pi pinout可參閱https://pinout.xyz/。[RPI: Gnd(6), TX(8), RX(10)]

• 系統root內定的password為root

本實驗使用的TP-Link TL-WN725N在FreeBSD下的driver 為rtwn，使用指令dmesg查閱，如下圖所示:

但使用內定參數實測後，網路存取速度異常慢，調整設定，載入kdlload wlan_amrr模組或設定dev.rtwn.0.ratectl=0，即可獲得良好的網路存取速度，可在/boot/loader.conf設定如下:

dev.rtwn.0.ratectl=0

wlan_amrr_load="YES"

👉設定成為WiFi Client使用:

• 在/etc/rc.conf設定

wlans_rtwn0="wlan0"

ifconfig_wlan0="WPA SYNCDHCP"

create_args_wlan0="country TW"

• 增設/etc/wpa_supplicant.conf檔案，內容填入

ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicant

ctrl_interface_group=wheel

network={

        ssid="your ssid"

scan_ssid=1

key_mgmt=WPA-PSK

psk="your passwd"

}

更改正確的ssid與psk

重新啟用系統後即可連至WiFi網路

👉設定成為Access Point(Bridge)使用:

Raspberry Pi wifi介面改成hostap mode，再將有線網路介面ue0與無線網路介面wlan0，加入到bridge members中。如上圖，終端無線設備(手機、筆電等)連到 Raspberry Pi AP後，即可將無線網路橋接到ISP Router連到Internet。終端無線設備屬於同一個網段，本實驗的例子為192.168.1.0/24。

• 在/etc/rc.conf設定如下

#WLAN hostap mode

wlans_rtwn0="wlan0"

create_args_wlan0="wlanmode hostap -apbridge country TW"

hostapd_enable="YES"

# create a bridge

cloned_interfaces="bridge0"

ifconfig_bridge0="inet 192.168.1.61/24 addm ue0 addm wlan0 up"

ifconfig_ue0="up"

ifconfig_wlan0="up"

#enable geteway(net.inet.ip.forwarding)

gateway_enable="YES"

• 在/etc/hostapd.conf下設定如下

interface=wlan0

debug=1

ctrl_interface=/var/run/hostapd

ctrl_interface_group=wheel

ssid=myAP_SSID                       #==>改成你的SSID

wpa=2

wpa_passphrase=PassW0rd      #==>改成你的passphrase

wpa_key_mgmt=WPA-PSK

wpa_pairwise=CCMP

重新啟用系統Raspberry Pi即成為無線網路的Access Point。

但在系統重新啟動後，並無法正常使用，bridge0並未將ue0與wlan0加入bridge0的members中。

以dmesg查看driver啟用順序，發現bridge0先啟用後，ue0與wlan0再啟用，推測因此bridge0才無法把加入ue0與wlan0正確加入到bridge0的members中。

以netstat -r 查看 route table並未正確產生

因此把bridge0建立時間延後到啟用local daemon時，再來create bridge並加入ue0與wlan0到members中，步驟如下:

1. 取消/etc/rc.conf中的下面兩行
   
   cloned_interfaces="bridge0"
   ifconfig_bridge0="inet 192.168.1.61/24 addm ue0 addm wlan0 up"
2. 在/etc/rc.local加入
   #!/bin/sh
   br=`ifconfig bridge create`
   ifconfig $br addm ue0 addm wlan0
   dhclient $br

修改後重啟系統即可正常使用AP功能了。

👉設定成為Wireless Router使用:

設定為router模式時，WiFi與有線LAN分別屬於不同網段，因此Raspberry Pi須具備路由器功能。如上圖所示，有線的LAN連接ISP Router為192.168.1.0/24，無線網路為10.10.200.0/24，Raspberry Pi Router無線網路介面設定IP為10.10.200.1。所以Raspberry Pi上需增加NAT(Firewall)、DHCP server與DNS server等功能(DNS server為選項)。

設定步驟如下:

➤DHCP Server使用isc-dhcp時:

執行指令

pkg install -y isc-dhcp44-server

加入hdcp server功能，啟用方式

1. 在/etc/rc.conf中加入
   dhcpd_enable="YES"
   dhcpd_flags="-q"
   dhcpd_conf="/usr/local/etc/dhcpd.conf"
   dhcpd_ifaces="wlan0"
   dhcpd_withumask="022"
2. 在/usr/local/etc/dhcpd.conf中加入
   option domain-name "mytest.org";
   default-lease-time 60;
   max-lease-time 72;
   # A slightly different configuration for an internal subnet.
    subnet 10.10.200.0 netmask 255.255.255.0 {
           range 10.10.200.10 10.10.200.20;
           option domain-name-servers 192.168.1.1;
           option routers 10.10.200.1;
           default-lease-time 600;
           max-lease-time 7200;
   }

➤DHCP Server使用dnsmasq時:

執行指令

pkg install -y dnsmasq

後

1. 在/etc/rc.conf中加入
   dnsmasq_enable="YES"
2. 在/usr/local/etc/dnsmasq.conf中加入
   interface=wlan0
   dhcp-range=10.10.200.90,10.10.200.100,255.255.255.0,24h
   
   

➤啟用Firewall(NAT)與hostap等功能:

本實驗使用IPFW與IN-Kernel NAT

• 在/etc/rc.conf設定如下(使用dnsmasq)

ifconfig_ue0="DHCP"

#WLAN WiFi hostap

wlans_rtwn0="wlan0"

create_args_wlan0="wlanmode hostap -apbridge country TW"

ifconfig_wlan0="inet 10.10.200.1 netmask 255.255.255.0"

hostapd_enable="YES"

ifconfig_ue0="up"

ifconfig_wlan0="up"

#Filrewall and NAT enable

firewall_enable="YES"

firewall_nat_enable="YES"

firewall_script="/etc/ipfw.rules"

gateway_enable="YES"

dnsmasq_enable="YES"

• 在/etc/ipfw.rules下設定如下:

ipfw -q -f flush

cmd="ipfw -q add"

skip="skipto 1000"

pif=ue0

wif=wlan0

ks="keep-state"

good_tcpo="22,25,37,53,80,443,110"

ipfw disable one_pass

ipfw -q nat 1 config if $pif same_ports unreg_only reset

$cmd 005 allow all from any to any via $wif

$cmd 010 allow all from any to any via lo0 # exclude loopback traffic

$cmd 099 reass all from any to any in # reassemble inbound packets

$cmd 100 nat 1 ip from any to any in via $pif # NAT any inbound packets

# Allow the packet through if it has an existing entry in the dynamic rules table

$cmd 101 check-state

# Authorized outbound packets

$cmd 200 $skip tcp from any to any $good_tcpo out via $pif setup $ks

$cmd 210 $skip udp from any to any 53 out via $pif $ks

$cmd 220 $skip icmp from any to any out via $pif $ks

# allow all outbound

$cmd 230 $skip tcp from any to any out via $pif setup $ks

#Authorized inbound packets

$cmd 500 allow icmp from any to me via $pif

$cmd 501 allow tcp from any to me 22 via $pif setup $ks

# otherwise deny

$cmd 999 deny log all from any to any

$cmd 1000 nat 1 ip from any to any out via $pif # skipto location for outbound stateful rules

$cmd 1001 allow ip from any to any

詳細過程可觀看下列影片:

註1:

本次實驗使用不同SD卡安裝系統，若讀者發現系統DISK IO異常，也許可換不同廠牌SD卡試試看。