樹莓派：漂洋過海來看你

作者：Vamei 出處：http://www.rzrgm.cn/vamei 嚴禁任何形式轉載。

給樹莓派連上顯示器和鍵盤鼠標，就可以像使用一臺電腦一樣使用它了。但很多時候，我們是把體積小巧的樹莓派當做一個便攜設備來使用的。這種時候，用戶可不希望隨身帶著體積龐大的鼠標、鍵盤和顯示器。如果能用手中的電腦直接連接樹莓派，然后用該電腦的輸入輸出設備來操縱樹莓派電腦，就可以省去很多不必要的麻煩。除此之外，樹莓派在物聯網情境下的應用，也離不開多樣的遠程連接方式。

局域網SSH登陸

常見的家庭或辦公網絡都是以一個WiFi路由器為中心的。這種局域網場景下，可以很容易的用SSH的方式來遠程登陸樹莓派。SSH是用于遠程服務器管理的加密協議。SSH分為服務器和客戶端兩端。樹莓派將作為服務器端，而同一局域網下的另一臺電腦可以作為客戶端。客戶端成功登陸之后，我們可以從客戶端用命令行的方式來遠程操作服務器端。

首先，我們需要開啟樹莓派上的SSH服務器。樹莓派已經預裝好了SSH服務器，我們只需要進入樹莓派的設置頁面開啟就可以。從終端用命令行進入設置頁面：

sudo raspi-config

然后在"5 Interfacing Options" -> "P2 SSH"中打開SSH服務器：

為了遠程連接，我們必須知道樹莓派的IP地址。在樹莓派上，我們可以用ifconfig命令來找到樹莓派的IP地址：

ifconfig

從ifconfig的輸出中找到樹莓派在局域網中的IP地址。比如ifconfig輸出中給出了對應WiFi連接的wlan0端口地址為192.168.1.101。這個時候，就可以用同一局域網下的其他電腦來登錄樹莓派了。我們需要用這臺電腦上的SSH客戶端，比如說用UNIX下的ssh命令：

ssh pi@192.168.1.101

輸入用戶pi的密碼，就可以遠程登錄到樹莓派上。其實使用SSH客戶端時，除了說明樹莓派的IP地址，還需要一個端口號。在省略端口號時，客戶端默認為端口22。在Windows下，可以使用PuTTy這樣的SSH客戶端軟件。

Bonjour

但在上面的過程中，我們必須從樹莓派本地運行ifconfig來查找它的IP地址，給遠程登陸增加了不必要的麻煩。我們可以用局域網掃描工具來找到樹莓派的IP地址。UNIX系統下提供了arp命令行工具，通過ARP協議來找到局域網下所有設備的MAC地址和對應的IP地址。此外，在不同的平臺下也有很多圖形化的局域網掃描軟件，例如IPhone上的Fing、Mac OSX下的LanScan、跨平臺的Angry IP Scanner，都可以幫助你列出同一局域網下所有設備的MAC地址和對應的IP。此外，你還可以登錄路由器的管理頁面。很多路由器都會列出連接設備及其IP。當然，通過這種方式得到的IP是一個列表，還要從中篩選出目標IP。如果局域網下設備較多，其過程還是比較痛苦。

更方便的，樹莓派提供了對Bonjour的支持。Bonjour用于自動發現網絡上的設備，可以實現局域網上的自動域名解析。在同一局域網下，可以用主機名.local的形式，找到對應的IP地址。由于樹莓派的默認主機名是raspberrypi，因此可以用raspberrypi.local來登陸到樹莓派：

ssh pi@raspberrypi.local

如果局域網內有多個以raspberrypi為名的主機，那么Bonjour將依次把它們稱呼為：

raspberrypi
raspberryipi-2
raspberryipi-3
...

為了徹底避免主機名的沖突，你還可以重新命名樹莓派的主機名。在raspi-config的設置頁面中，選擇"7 Advanced Options"->"A2 Hostname"，更改主機名再重新啟動樹莓派，就能以新的主機名來進行Bonjour尋址。需要注意的是，Windows系統并沒有自帶對Bonjour的支持。你可以通過下載安裝iTunes或"Bonjour Print Services for Windows"來獲得Bonjour功能。

Bonjour給設備了提供了一個動態域名，用于對應該設備的IP地址。在Mac OSX下，你可以用下面命令來查詢背后的IP地址：

dns-sd -q raspberrypi.local

互聯網SSH登陸

介紹了局域網和點對點情況下的SSH登陸，我們可以把野心放大一點，嘗試在互聯網環境中遠程登陸SSH。我下面用幾種不同的方式實現。

1）NAT端口映射

如果我們能拿到樹莓派在互聯網上的公網IP地址，那么就可以直接用一個命令SSH到該IP地址。問題是，現在大部分局域網絡都用DHCP來給設備分配網內的私有IP，很可能只有網關才享有一個公網IP地址。有些網關允許設置基于NAT的端口映射。如下圖所示，一組公網IP和端口號，能對應唯一的私網IP和端口號。這種情況下，我們就能從外網連接到局域網中的樹莓派：

我們可以利用這一機制來找到樹莓派，比如說，通過設置網關，讓公網的199.165.145.1:8999對應私網的10.0.0.1:22。這里的199.165.145.1是網關的公網IP。10.0.0.1是樹莓派的私網IP。22是SSH協議的默認端口。這時在互聯網上的其他電腦上，就可以SSH連接到局域網中的樹莓派：

ssh pi@199.165.145.1:8999

為了用該方法，我們的網關必須允許相關的端口映射設置。而很多網關出于安全考慮，完全不向外網開放類似的端口映射。因此，這一方法看似可行，但實踐中會遇到很多困難。

2）REMOT3.IT

樹莓派官網提供了一種簡便的方法，即使用Weaved公司推出的REMOT3.IT。首先要在樹莓派上安裝相關的工具： 

sudo apt-get install weavedconnectd
sudo weavedinstaller

在安裝過程中，REMOT3.IT會要求你輸入REMOT3.IT網站的賬戶信息。樹莓派上安裝完成后，在REMOT3.IT網站登陸自己的賬戶，就能看到樹莓派設備。如下圖所示，網站會提供用于在互聯網上連接到該樹莓派所需的地址和端口號。根據地址和端口號，你就可以在任何一個連接到互聯網的電腦上，用SSH客戶端訪問該樹莓派。這個服務很好用，只恨該網站不但會限制樹莓派數目，還會限制SSH連接的時間。想要避免這些限制，就需要繳費了。

3）SSH反向隧道

其實，類似于REMOT3.IT的技術不難自行實現。我們可以用SSH反向隧道（reverse tunneling）技術，從外網遠程登陸樹莓派。首先，讓樹莓派主動向公網服務器的某個端口發起SSH連接，比如vameilab.com:8999，形成一個SSH隧道。當我們使用互聯網上的其他電腦，通過SSH連接到服務器的這一端口時，服務器會把通信內容接力到與樹莓派的SSH隧道中，最終抵達樹莓派。整個過程如下圖所示。由于公網服務器的域名和IP地址都相對固定，我們也不用為找不到樹莓派的IP地址而頭痛。

SSH反向隧道

了解原理之后，我們也可以自行實現一個類似的中繼服務器。你可以使用Amazon或阿里云的彈性云來架設中繼服務器。你需要在云的控制臺中開放用于反向連接的端口，如8999。從樹莓派上用SSH命令建立反向隧道：

ssh -R 8999:localhost:22 vamei@vameilab.com

上面的命令，從樹莓派的22端口到vameilab.com的8999端口建立反向隧道。登陸時用的vamei是中繼服務器上的一個賬戶。反向隧道建立之后，你就可以從互聯網上直接登陸樹莓派了：

ssh -p 8999 pi@vameilab.com

總結

這篇文章介紹了點對點、局域網、互聯網三個層面的遠程登陸。在這三個層面上，樹莓派還有很多種其他的遠程登陸方式。我會在未來繼續探索，并不斷補充到這篇文章中。

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