基于华为云与frp实现内网穿透连接树莓派

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放寒假了~ 买了好久的树莓派，终于可以开始玩了。

首先就是通过raspberry pi imager进行基本的系统下载，在下载系统时设置好wifi并打开ssh连接，然后树莓派开机连接wifi后就能用同一网络下的电脑使用ssh连接树莓派了，进一步的，如果下载的是有图形化界面的系统，就可以用VNC进行远程桌面操控。

因为没有显示屏，所以不得不使用这种方法连接树莓派咳咳

接着，就想到这种方法只能在同一局域网下通过电脑连接树莓派，如果我在其他地方要远程控制树莓派就行不通了。因此，就需要内网穿透技术，下面我将基于华为云服务器实现内网穿透通过ssh连接树莓派。

1.准备工作

  1. 一台具有公网IP的服务器：

    用于运行frp服务端（例如华为云服务器）。

    • 在购买华为云服务器时需要购买并绑定相应的弹性公网ip才能有网络连接
    • 华为云服务器的安全组的对应端口要打开，后面会提到

  2. 树莓派：

    确保树莓派已连接到网络，并启用SSH。

  3. 下载frp：

    访问 frp GitHub Releases 下载适合树莓派和服务器的版本。

    • 树莓派（ARM架构）：frp_0.xx.0_linux_arm.tar.gz（我下载时最新的版本是frp_0.61.1_linux_arm.tar.gz）
    • 服务器（x86架构）：frp_0.xx.0_linux_amd64.tar.gz（我下载时最新的版本是 frp_0.61.1_linux_amd64.tar.gz）

2.在服务器上配置frp服务端

  1. 登录服务器：

    使用SSH连接到你的公网服务器。

  2. 下载并解压frp：

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    wget https://github.com/fatedier/frp/releases/download/v0.61.1/frp_0.61.1_linux_amd64.tar.gz
    tar -zxvf frp_0.61.1_linux_amd64.tar.gz
    cd frp_0.61.1_linux_amd64

    注意，wget 在尝试下载 frp 时有几率遇到连接问题，可能是由于网络问题或 GitHub 的访问限制。此时可以在自己的电脑上下载，下载完后通过winSCP将文件传给华为云服务器，或者通过scp命令将文件传给服务器。

    1
    scp frp_0.61.1_linux_amd64.tar.gz root@服务器公网IP:/root/

  3. 配置frp服务端：

    编辑 frps.ini 文件：

    1
    nano frps.ini

    添加以下内容：

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    [common]
    bind_port = 7000

    • bind_port 是frp服务端监听的端口。

    • 注意，此处的7000可以改成其他的端口，只要不冲突就行，也建议进行修改，在后续的安全组配置中要改成对应的端口号。

    保存并退出：

    1. 保存文件：

      按下 Ctrl + O（即按住 Ctrl 键，然后按 O 键）。

      按 Enter 确认保存。

    2. 退出 nano：

      按下 Ctrl + X 退出编辑器。

  4. 启动frp服务端：

    1
    ./frps -c frps.ini

    服务端会监听 7000 端口，等待客户端连接。

  5. 保持服务端运行：

    可以使用 nohup 或 systemd 让frp服务端在后台运行：

    1
    nohup ./frps -c frps.ini > frps.log 2>&1 &

  6. 配置华为云安全组：

    • 登录华为云控制台，找到你的服务器实例。

    • 进入“安全组”配置，添加以下规则：

      • 协议：TCP
      • 端口范围：7000（或者更改为其他的合法端口）
      • 源地址：0.0.0.0/0（或限制为你的电脑IP）

    • 保存规则。

7.检查服务端是否运行：

1
ps aux | grep frps

如果没有输出，说明 frp 服务端未运行，需要重新启动：

1
./frps -c frps.ini

补充：在ssh连接下可以用ctrl+D快速退出ssh连接，也能输入exit退出ssh连接

3. 在树莓派上配置frp客户端

  1. 登录树莓派：

    使用SSH连接到树莓派。

  2. 下载并解压frp：

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    3
    wget https://github.com/fatedier/frp/releases/download/v0.61.1/frp_0.61.1_linux_arm.tar.gz
    tar -zxvf frp_0.61.1_linux_arm.tar.gz
    cd frp_0.61.1_linux_arm

    注意，此处和上面的问题一样，在下载frp时可能会有一些问题，此时可以在自己的电脑上下载，下载完后通过winSCP将文件传给树莓派，或者通过scp命令将文件传给树莓派。

    使用 scp 上传文件

    scp 是一个基于 SSH 的文件传输工具，可以将本地文件上传到远程服务器（如树莓派）。

    在本地电脑上执行以下命令：

    1. Mac/Linux：

      • 打开终端，运行以下命令：

        1
        scp /path/to/frp_0.61.1_linux_arm.tar.gz pi@树莓派IP:/home/pi/
        • 将 /path/to/frp_0.61.1_linux_arm.tar.gz 替换为文件的实际路径。
        • 将 树莓派IP 替换为树莓派的局域网 IP 地址（如 192.168.1.100）。
        • 默认上传到树莓派的 /home/pi/ 目录。

    2. Windows：

      • 如果你使用的是 PowerShell，可以运行以下命令：

        1
        scp C:\Users\username\Downloads\frp_0.61.1_linux_arm.tar.gz pi@树莓派IP:/home/pi/
        • 将 C:\Users\username\Downloads\frp_0.61.1_linux_arm.tar.gz 替换为文件的实际路径。
        • 将 树莓派IP 替换为树莓派的局域网 IP 地址。

    3. 输入密码：

      • 系统会提示你输入树莓派的密码（默认密码是 raspberry）。
      • 输入密码后，文件会上传到树莓派。

  3. 配置frp客户端：

    编辑 frpc.ini 文件：

    1
    nano frpc.ini

    添加以下内容：

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    [common]
    server_addr = 服务器公网IP
    server_port = 7000

    [ssh]
    type = tcp
    local_ip = 127.0.0.1
    local_port = 22
    remote_port = 6000
    • server_addr：填写你的服务器公网IP。
    • server_port：与服务端的 bind_port 一致（默认7000，如果之前有修改，此处也要进行相应的修改）。
    • [ssh]：定义一个SSH隧道，将服务器的 6000 端口映射到树莓派的 22 端口。

  4. 启动frp客户端：

    1
    ./frpc -c frpc.ini

    客户端会连接到服务器，并将服务器的 6000 端口映射到树莓派的SSH服务。

  5. 保持客户端运行：

    可以使用 nohup 或 systemd 让frp客户端在后台运行：

    1
    nohup ./frpc -c frpc.ini > frpc.log 2>&1 &

  6. 检查服务端是否运行：

    1
    ps aux | grep frps

    如果没有输出，说明 frp 客户端未运行，需要重新启动：

    1
    ./frpc -c frpc.ini

    补充：在ssh连接下可以用ctrl+D快速退出ssh连接，也能输入exit退出ssh连接

  7. 检查端口监听状态：

    运行以下命令，检查 7000 端口是否被 frp 服务端监听：

    1
    sudo netstat -tuln | grep 7000

    如果看到类似以下输出，说明端口已监听：

    1
    tcp        0      0 0.0.0.0:7000            0.0.0.0:*               LISTEN

    如果没有输出，说明 frp 服务端未正确监听端口。

  8. 检查 frp 客户端日志：

    查看 frp 客户端的日志文件：

    1
    cat frpc.log

    如果日志中有错误信息（如连接失败），请根据错误信息进行排查。

4. 远程SSH连接树莓派

  1. 通过服务器连接树莓派：

    • 在自己的电脑上使用以下命令通过服务器的公网IP和映射端口连接树莓派：

      1
      ssh -p 6000 pi@服务器公网IP

    • 输入树莓派的用户名（默认 pi）和密码即可登录。

  2. 直接连接（如果配置了DDNS）：

    • 如果服务器绑定了域名（如 mypi.ddns.net），可以使用域名连接：

      1
      ssh -p 6000 [email protected]

至此，应该就可以基于华为云与frp实现内网穿透连接树莓派了，下面给出一些实用性和安全性建议

5. 设置开机自启动

为了确保frp客户端在树莓派重启后自动运行，可以将其设置为系统服务。

  1. 创建systemd服务文件：

    1
    sudo nano /etc/systemd/system/frpc.service

  2. 添加以下内容：

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    [Unit]
    Description=Frp Client Service
    After=network.target

    [Service]
    ExecStart=/home/pi/frp_0.61.1_linux_arm/frpc -c /home/pi/frp_0.61.1_linux_arm/frpc.ini
    Restart=on-failure

    [Install]
    WantedBy=multi-user.target
    • 修改 ExecStart 路径为你的frp客户端实际路径。

  3. 启用并启动服务：

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    sudo systemctl enable frpc
    sudo systemctl start frpc

  4. 检查服务状态：

    1
    sudo systemctl status frpc

6. 安全性建议

  1. 修改默认SSH端口：

    在树莓派上修改SSH端口（如 2222），并在frp客户端配置中同步修改 local_port。

  2. 使用密钥认证：

    禁用密码登录，使用SSH密钥认证。

  3. 限制访问IP：

    在服务器防火墙中限制 6000 端口的访问IP。

7**. 同一局域网下使用VNC连接树莓派桌面**

  1. 打开树莓派配置工具：

    运行以下命令打开 raspi-config：

    1
    sudo raspi-config

  2. 启用X11模式

    • 在 raspi-config 菜单中，选择 Advanced Options。
    • 选择A6 Wayland。
    • 选择W1 X11模式。
    • 确认OK自动重启系统。

  3. 启用 VNC：

    • 在 raspi-config 菜单中，选择 Interfacing Options。
    • 选择 VNC，然后选择 Yes 启用 VNC。

  4. 配置 VNC 客户端：

    • 打开 VNC 客户端。

    • 在地址栏中输入树莓派的IP地址。

    • 点击连接。

8. 使用VNC远程连接树莓派桌面

  1. 打开树莓派配置工具：

    运行以下命令打开 raspi-config：

    1
    sudo raspi-config

  2. 启用 VNC：

    • 在 raspi-config 菜单中，选择 Interfacing Options。
    • 选择 VNC，然后选择 Yes 启用 VNC。

  3. 设置分辨率（可选）：

    • 在 raspi-config 菜单中，选择 Display Options。
    • 选择 Resolution，然后选择一个适合的分辨率（例如 1920x1080）

  4. 完成配置：

    • 退出 raspi-config 并重启树莓派：

      1
      sudo reboot

  5. 启动 Virtual Mode 服务：

    • 运行以下命令启动 Virtual Mode 服务：

      1
      sudo /etc/vnc/vncservice start vncserver-virtuald

  6. 检查 Virtual Mode 状态：

    • 运行以下命令检查 Virtual Mode 服务是否正常运行：

      1
      sudo /etc/vnc/vncservice status vncserver-virtuald

    • 如果服务未运行，尝试重启：

      1
      sudo /etc/vnc/vncservice restart vncserver-virtuald

  7. 确认 Virtual Mode 端口：

    • Virtual Mode 默认使用 5901 端口。运行以下命令检查端口是否监听：

      1
      sudo netstat -tuln | grep 5901

    • 如果看到类似以下输出，说明 Virtual Mode 正在监听：

      1
      tcp        0      0 0.0.0.0:5901            0.0.0.0:*               LISTEN

  8. 如果端口未监听：

    • 可能是 Virtual Mode 服务未正确启动。尝试重启服务：

      1
      sudo /etc/vnc/vncservice restart vncserver-virtuald

  9. 在本地计算机上创建 SSH 隧道：

    • 运行以下命令，将树莓派的 5901 端口转发到本地的 5901 端口：

      1
      ssh -L 5901:localhost:5901 -p 6000 pi@服务器公网ip

  10. 保持 SSH 隧道连接：

    • 不要关闭这个 SSH 连接，保持它运行以维持隧道。

  11. 配置 VNC 客户端：

    • 打开 VNC 客户端。
    • 在地址栏中输入 localhost:5901。
    • 点击连接。

Virtual Mode 和 Service Mode 是 RealVNC 提供的两种不同的运行模式，它们的主要区别在于 适用场景、运行方式 和 性能表现。以下是它们的详细对比：

1. Service Mode（服务模式）

特点

  • 适用场景：
    • 用于直接访问树莓派的物理显示器（即连接了 HDMI 显示器或屏幕）。
    • 适合需要与物理显示器交互的场景，例如调试图形界面或运行图形化应用程序。
  • 运行方式：
    • 作为一个系统服务运行，由 vncserver-x11-serviced 管理。
    • 直接连接到树莓派的物理显示器（X11 会话）。
  • 性能：
    • 性能较好，因为直接使用物理显示器的硬件加速。
    • 延迟较低，适合图形密集型应用。
  • 端口：
    • 默认使用 5900 端口。

优点

  • 直接访问物理显示器，适合需要与本地屏幕交互的场景。
  • 性能较好，延迟较低。

缺点

  • 需要连接物理显示器，否则无法使用。
  • 如果没有物理显示器，Service Mode 可能无法正常工作。

2. Virtual Mode（虚拟模式）

特点

  • 适用场景：
    • 用于在没有物理显示器的情况下远程访问树莓派桌面。
    • 适合纯远程访问的场景，例如服务器或无头模式（Headless Mode）下的树莓派。
  • 运行方式：
    • 作为一个虚拟显示器运行，由 vncserver-virtuald 管理。
    • 不需要物理显示器，即使树莓派没有连接屏幕也可以使用。
  • 性能：
    • 性能稍差，因为没有硬件加速。
    • 延迟较高，尤其是在图形密集型应用中。
  • 端口：
    • 默认使用 5901 端口。

优点

  • 不需要物理显示器，适合无头模式（Headless Mode）下的树莓派。
  • 可以随时随地远程访问树莓派桌面。

缺点

  • 性能较差，延迟较高。
  • 不支持硬件加速，图形性能有限。

3. 对比总结

特性 Service Mode（服务模式） Virtual Mode（虚拟模式）
适用场景 需要物理显示器，适合本地调试 不需要物理显示器，适合纯远程访问
运行方式 直接连接到物理显示器（X11 会话） 虚拟显示器，无需物理显示器
性能 性能较好，延迟较低 性能较差，延迟较高
端口 默认 5900 默认 5901
是否需要显示器 需要 不需要
适合场景 图形化应用、本地调试 无头模式、远程访问

4. 如何选择？

  • 选择 Service Mode：

    • 如果你连接了物理显示器（如 HDMI 屏幕），并且需要与本地屏幕交互。
    • 如果你需要较高的图形性能（例如运行图形化应用程序或游戏）。

  • 选择 Virtual Mode：

    • 如果你的树莓派没有连接物理显示器（无头模式）。
    • 如果你只需要远程访问树莓派桌面，且对图形性能要求不高。

5. 如何切换模式？

  1. 启用 Service Mode：

    • 运行以下命令启动 Service Mode：
      1
      sudo /etc/vnc/vncservice start vncserver-x11-serviced
    • 确保在 raspi-config 中启用了 VNC：
      1
      sudo raspi-config
      • 选择 Interfacing Options -> VNC -> Enable。

  2. 启用 Virtual Mode：

    • 运行以下命令启动 Virtual Mode：
      1
      sudo /etc/vnc/vncservice start vncserver-virtuald
    • 确保 Virtual Mode 服务已启用：
      1
      sudo /etc/vnc/vncservice enable vncserver-virtuald

  3. 切换模式：

    • 如果需要从 Service Mode 切换到 Virtual Mode，先停止 Service Mode：
      1
      sudo /etc/vnc/vncservice stop vncserver-x11-serviced
    • 然后启动 Virtual Mode：
      1
      sudo /etc/vnc/vncservice start vncserver-virtuald

6. 注意事项

  • 端口冲突：
    • Service Mode 和 Virtual Mode 默认使用不同的端口（5900 和 5901），因此可以同时运行，但通常不建议这样做。
  • 性能优化：
    • 在 Virtual Mode 下，可以通过降低分辨率或启用压缩来优化性能。
  • 无头模式：
    • 如果你的树莓派没有连接显示器，建议使用 Virtual Mode。

总结

  • Service Mode 适合连接物理显示器的场景，性能较好。
  • Virtual Mode 适合无头模式下的远程访问，无需物理显示器。
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