基于华为云服务器与frp实现内网穿透连接树莓派

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18 分钟

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。

没有公网ip 悲 如果有公网ip就不用这么麻烦了。

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。

补充：INI格式已过时，建议使用新格式TOML，出现问题的可能性会低很多，格式如下：

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serverAddr = "你的服务器的IP地址"
serverPort = 你的服务器开放的端口

[[proxies]]
name = "ssh"
type = "tcp"
localIP = "127.0.0.1"
localPort = 本地开放的端口
remotePort = 服务器转发到的端口

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。

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    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：

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    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：

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    ./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：

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

  6. 配置华为云安全组：

    这一步是必须的，因为云服务商为了安全，默认会封锁所有入站端口。虽然你的云服务器系统内部的端口可能已经监听，但华为云的网络层面防火墙（安全组）会阻止外部访问。

    • 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：

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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：

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./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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    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：

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        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：

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        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：

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    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. 配置华为云安全组：

    这一步是必须的，因为需要允许你的电脑通过服务器的6000端口访问树莓派。

    • 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：6000（SSH转发端口）
      • 源地址：0.0.0.0/0（或限制为你的公网IP提高安全性）

    • 保存规则

  5. 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。

  6. 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 &

  7. 检查客户端是否运行：

    1
    ps aux | grep frpc

    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

  8. 检查 frp 客户端日志：

    查看 frp 客户端的日志文件：

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    cat frpc.log

    如果连接成功，应该看到类似信息：

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    login to server success
    [ssh] start proxy success

    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。

  9. 检查端口监听状态：

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    # 在服务器上执行，检查6000端口是否被frps监听
    netstat -tuln | grep 6000

    如果看到类似以下输出，说明端口已监听：

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    tcp        0      0 0.0.0.0:6000            0.0.0.0:*               LISTEN

    如果没有输出，说明frp服务端未正确监听转发端口。

4. 远程SSH连接树莓派

端口开放情况说明

  • 服务器端开放端口：
    • 7000端口：frp服务端控制端口，用于接收树莓派frp客户端的连接
    • 6000端口：SSH转发端口，用于接收你的电脑的SSH连接
  • 树莓派端开放端口：
    • 22端口：本地SSH服务端口（仅限本地访问）

连接流程

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你的电脑 → 服务器:6000 → frp服务端 → frp客户端 → 树莓派:22

  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：

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      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：

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      ssh -p 6000 pi@mypi.ddns.net

  3. 连接成功验证

    如果连接成功，你会看到树莓派的终端提示符：

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    pi@raspberrypi:~ $

  4. 连接失败排查

    如果连接失败，请检查：

    1. 服务器安全组是否正确开放了6000和7000端口
    2. 树莓派frp客户端是否正常运行（ps aux | grep frpc）
    3. 服务器frp服务端是否正常运行（ps aux | grep frps）
    4. 查看frpc日志确认连接状态（cat frpc.log）

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：

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    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
    StartLimitInterval=0

    [Service]
    Type=simple
    User=zenith
    WorkingDirectory=/home/zenith/Desktop/frp_0.61.1_linux_arm
    ExecStart=/home/pi/frp_0.61.1_linux_arm/frpc -c /home/pi/frp_0.61.1_linux_arm/frpc.ini
    Restart=always
    RestartSec=5s

    [Install]
    WantedBy=multi-user.target
    • 修改 ExecStart 路径为你的frp客户端实际路径。一般是将 pi 改成你的树莓派的用户名即可，如果放在了 Desktop 等地方也要进行相应的修改。

  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：

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    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

重要前提：确保树莓派和你的电脑在同一个局域网内。

  1. 打开树莓派配置工具：

    运行以下命令打开 raspi-config：

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    sudo raspi-config

  2. 选择合适的模式

    如果你的树莓派连接了物理显示器

    你的目标是远程看到和物理屏幕一模一样的内容。你需要使用 Service Mode。

    1. 运行 sudo raspi-config。
    2. 选择 Interfacing Options -> VNC -> Yes 启用。这默认启用的是 Service Mode。
    3. （可选，但推荐）为了获得最佳VNC兼容性，你可以强制系统使用X11：
      • 在 raspi-config 中，选择 Advanced Options -> A6 Wayland -> 选择 W1 X11。
      • 确认OK自动重启系统后，VNC正常工作。

    如果你的树莓派没有连接物理显示器（无头模式）

    你的目标是创建一个可以远程访问的虚拟桌面。你需要使用 Virtual Mode。

    1. 通过SSH连接到树莓派。
    2. 运行 sudo raspi-config。
    3. 选择 Interfacing Options -> VNC。
    4. 系统会检测到没有显示器，并弹出提示：“Cannot currently show the VNC desktop. Would you like to enable virtual mode instead? ”。
    5. 选择 Yes启用。这启用的是 Virtual Mode。

  3. 配置 VNC 客户端：

    • 在你电脑上下载并安装 RealVNC Viewer。

    • 打开 VNC 客户端。

    • 在地址栏中输入树莓派的IP地址。

    • 点击连接。

    • 首次连接会有一个安全提示，选择Continue。

    • 输入树莓派的用户名（默认: pi）和密码（默认: raspberry）。

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：

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      sudo reboot

  5. 启动 Virtual Mode 服务：

    • 运行以下命令启动 Virtual Mode 服务：

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      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：

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      sudo /etc/vnc/vncservice status vncserver-virtuald

    • 如果服务未运行，尝试重启：

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      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：

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      sudo netstat -tuln | grep 5901

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

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      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：

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      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：

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      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 (RealVNC) 详细对比

Virtual Mode 和 Service Mode 是 RealVNC Server 为适应不同使用场景而设计的两种运行模式。它们的核心区别在于是否依赖物理图形显示硬件。

1. Service Mode（服务模式 / X11 模式）

特点

  • 适用场景：
    • 用于远程访问当前正连接在树莓派上的物理显示器（如 HDMI 显示器或屏幕）所显示的桌面。
    • 适合需要与本地物理屏幕进行完全相同交互的场景，例如调试图形界面应用程序或进行演示。
    • 必须连接物理显示器才能正常工作，否则屏幕将为黑色或无法连接。
  • 运行方式：
    • 作为一个系统服务 (vncserver-x11-serviced) 在后台运行。
    • 直接共享当前的 X11 桌面会话。这意味着你看到的内容和物理显示器上的内容是完全一致的。
  • 性能：
    • 性能极佳，因为它可以直接利用树莓派的 GPU 进行硬件加速，处理图形渲染的效率很高。
    • 延迟低，流畅度高，适合播放视频或运行图形密集型应用。
  • 端口：
    • 不固定使用 5900 端口。RealVNC 使用一种自动发现机制，通常通过 VNC Viewer 直接输入树莓派的主机名（如 raspberrypi.local）进行连接，而非手动指定端口。
    • 如果必须使用端口，它通常显示为显示端口 0，对应的网络端口是 5900。

优点

  • 提供与物理显示器完全一致的桌面体验。
  • 图形性能优秀，延迟低。
  • 无需创建新的桌面会话，开箱即用。

缺点

  • 严重依赖物理显示器。如果显示器断电或被拔掉，远程连接可能会出现问题。

2. Virtual Mode（虚拟模式）

特点

  • 适用场景：
    • 用于为没有连接物理显示器的树莓派（即无头模式 / Headless Mode）创建一个虚拟的桌面环境。
    • 适合纯粹的远程访问和管理，例如将树莓派作为服务器、家庭自动化主机或后台服务运行。
  • 运行方式：
    • 作为一个独立的系统服务 (vncserver-virtuald) 在后台运行。
    • 它会创建一个全新的虚拟桌面会话（默认使用 Wayland 或 X11），这个会话与物理显示器完全无关。
  • 性能：
    • 性能相对较差，因为它无法使用 GPU 硬件加速，所有图形渲染均由 CPU 完成，开销较大。
    • 延迟较高，在运行图形化应用时可能感到卡顿。
  • 端口：
    • 同样通过自动发现机制连接。
    • 它会创建新的显示端口（例如 :1），对应的网络端口为 5901。如果创建第二个虚拟模式会话，端口会变为 5902，以此类推。

优点

  • 不需要物理显示器，是无头设置的理想选择。
  • 可以随时随地远程访问树莓派的独立桌面环境。
  • 可以创建多个独立的虚拟桌面会话。

缺点

  • 图形性能较弱，不适合处理复杂的图形或视频。
  • 是一个独立会话，无法看到物理显示器上的内容。

3. 对比总结

特性 Service Mode（服务模式） Virtual Mode（虚拟模式）
适用场景 需要访问物理显示器内容 无头模式，无需物理显示器
运行方式 共享现有的 X11 桌面会话 创建新的虚拟桌面会话
图形加速 支持 (GPU 硬件加速) 不支持 (纯 CPU 渲染)
性能 高，延迟低 较低，延迟较高
默认端口 :0 (端口 5900) :1 (端口 5901)
是否需要显示器 是 否
会话独立性 与物理显示会话一致 独立的虚拟会话

4. 如何选择？

  • 选择 Service Mode：
    • 树莓派连接了显示器，并且你希望远程看到和操作屏幕上正在显示的内容。
    • 需要运行图形化应用、播放视频或进行任何需要良好图形性能的操作。
  • 选择 Virtual Mode：
    • 树莓派没有连接任何显示器。
    • 你只需要一个远程桌面来安装软件、修改配置、运行基本程序，对图形性能要求不高。

5. 如何启用和切换模式？

这两种模式是互斥的。通常你只需要并只应启用其中一种。

  1. 通过 raspi-config 工具配置（推荐）：

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    sudo raspi-config
    • 进入 3 Interface Options -> **I3 VNC**。
    • 选择是否启用 VNC Server。
    • 这里启用的是 Service Mode，因为它是最常见的用法。
    • 如果系统未检测到连接的显示器，它会提示你是否启用 Virtual Mode。

  2. 通过 systemctl 命令手动控制：

    • **启用 Service Mode (禁用 Virtual Mode)**：

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      sudo systemctl enable vncserver-x11-serviced.service # 设置开机自启
      sudo systemctl start vncserver-x11-serviced.service  # 立即启动
      sudo systemctl disable vncserver-virtuald.service    # 禁止Virtual模式开机自启
      sudo systemctl stop vncserver-virtuald.service       # 立即停止Virtual模式

    • **启用 Virtual Mode (禁用 Service Mode)**：

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      sudo systemctl enable vncserver-virtuald.service     # 设置开机自启
      sudo systemctl start vncserver-virtuald.service      # 立即启动
      sudo systemctl disable vncserver-x11-serviced.service # 禁止Service模式开机自启
      sudo systemctl stop vncserver-x11-serviced.service    # 立即停止Service模式

6. 注意事项

  • 不要同时运行两种模式：虽然它们的端口不同，但同时运行会占用更多系统资源，且完全没必要。根据你的显示器连接情况选择一种即可。
  • 无头模式首选 Virtual Mode：如果你的树莓派从不连接显示器，务必启用 Virtual Mode 并禁用 Service Mode。
  • 连接方式：对于家庭网络用户，最简单的方式是使用 VNC Viewer 并输入树莓派的主机名（例如 raspberrypi.local）。软件会自动发现可用的服务，无需手动指定端口。
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