Offloader auf Basis eines Raspberry PI 4B (WireGuard)

Nun wollen wir auch prüfen welche Verbindungen unser Offloader hält.

 # ip addr show dev br-welt

6: br-welt: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1280 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether dc:a6:32:5c:46:07 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.80.204.2/21 brd 10.80.207.255 scope global dynamic br-welt
       valid_lft 409sec preferred_lft 409sec
    inet6 2001:678:e68:109:dea6:32ff:fe5c:4607/64 scope global dynamic mngtmpaddr 
       valid_lft 7118sec preferred_lft 3518sec
    inet6 fe80::dea6:32ff:fe5c:4607/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

Wie sehen also, dass unser Node die Adressen 10.80.204.2 sowie 2001:678:e68:109:dea6:32ff:fe5c:4607 hält. Das Gleiche erreichen wir mit Hilfe dieses Befehls:

 # ip -br a | grep br-welt

br-welt          UP             10.80.204.2/21 2001:678:e68:109:dea6:32ff:fe5c:4607/64 fe80::dea6:32ff:fe5c:4607/64

Wir sehen somit die Adressen auf unseren Interfaces aus dem gewählten Segment.

Als nächstes prüfen wir, ob die beiden Interfaces dummy-welt und mesh-vpn aktiv sind.

 # batctl meshif bat-welt if

dummy-welt: active
mesh-vpn: active

Den Neighbor unseres Nodes finden wir wie folgt heraus:

 # batctl meshif bat-welt n

[B.A.T.M.A.N. adv 2020.4, MainIF/MAC: dummy-welt/dc:a6:32:5c:46:07 (bat-welt/dc:a6:32:5c:46:07 BATMAN_V)]
IF             Neighbor              last-seen
8a:5d:44:50:c3:f8    0.220s (       10.0) [  mesh-vpn]

Zu guter Letzt sehen wir uns noch die Gateway-Liste an über bzw. mit denen unser Offloader verbunden ist.

 # batctl meshif bat-welt gwl

[B.A.T.M.A.N. adv 2020.4, MainIF/MAC: dummy-welt/dc:a6:32:5c:46:07 (bat-welt/dc:a6:32:5c:46:07 BATMAN_V)]
  Router            ( throughput) Next Hop          [outgoingIf]  Bandwidth
* f2:00:25:10:00:00 (       10.0) 8a:5d:44:50:c3:f8 [  mesh-vpn]: 1000.0/200.0 MBit
  f2:00:26:10:00:00 (       10.0) 8a:5d:44:50:c3:f8 [  mesh-vpn]: 1000.0/200.0 MBit

Möchte man per Kabel meshen, so ist dies auf Grund dessen, dass unser Raspberry nur eine Netzwerkschnittstelle hat, im Grunde nur per VLAN realisierbar.

Dazu ist es erforderlich, dass zuerst ein VLAN Interface in /etc/network/interfaces angelegt und an das BATMAN Interface anghängt wird.

 # vim /etc/network/interfaces

/etc/network/interfaces

auto eth0.666
iface eth0.666 inet manual
      post-up /usr/sbin/batctl ra BATMAN_V
      post-up /usr/sbin/batctl meshif bat-welt if add eth0.666

Um meshing per Kabel nutzen zu können, muss bei manchen Communities (wie zum Beispiel bei FFMUC) VXLAN benutzt werden.

Bei uns gibt es momentan folgende VXLAN IDs, diese werden von GLUON dynamisch aus dem domain_seed erzeugt.

python3 get_vxlan_id_from_domain_seed.py domain_seed

Die Konfiguration in /etc/network/interfaces sieht so aus, um per VLAN666 VXLAN Meshing für das Segment Welt zu machen. Wie ihr seht, wird dafür die ID aus der obigen Tabelle benötigt.

/etc/network/interfaces

auto eth0.666
iface eth0.666 inet manual
        pre-up /sbin/ip link add vxlan-mesh type vxlan id 16306234 group ff02::15c dstport 4789 port 32768 61000 no udpcsum udp6zerocsumtx udp6zerocsumrx dev eth0.666 || true
        up /sbin/ip link set vxlan-mesh up
        post-up /usr/sbin/batctl ra BATMAN_V
        post-up /usr/sbin/batctl -m bat-welt if add vxlan-mesh
        down ip link set vxlan-mesh down
        post-down ip link del vxlan-mesh || true

Damit das vxlan-mesh Interface auch der bevorzugte Meshingpoint in BATMAN_V wird noch folgendes in die /etc/rc.local hinzufügen.

 # vim /etc/rc.local

/etc/rc.local

#!/bin/sh -e
#
# rc.local
#
# This script is executed at the end of each multiuser runlevel.
# Make sure that the script will "exit 0" on success or any other
# value on error.
#
# In order to enable or disable this script just change the execution
# bits.
#
# By default this script does nothing.
 
# Print the IP address
_IP=$(hostname -I) || true
if [ "$_IP" ]; then
  printf "My IP address is %s\n" "$_IP"
fi
 
# Django : 2020-12-15
/usr/sbin/batctl hardif vxlan-mesh throughput_override 1000000
 
exit 0

Zum Aktivieren unserer Konfigurationsänderung fahren wir entweder das Netzwerkiinterface hoch oder starten unseren Offloader einfach einmal neu:

 # systemctl reboot

Wenn alles geklappt hat und ihr bereits einen Router zum Meshen in diesem VLAN habt, sollte danach folgendes in batctl zu sehen sein.

 batctl meshif bat-welt n

[B.A.T.M.A.N. adv 2020.4, MainIF/MAC: dummy-welt/dc:a6:32:5c:46:07 (bat-welt/dc:a6:32:5c:46:07 BATMAN_V)]
IF             Neighbor              last-seen
8e:89:98:45:6c:70    0.380s (        1.0) [vxlan-mesh]
a2:ca:66:65:30:40    0.050s (        1.0) [vxlan-mesh]
9a:9b:66:30:d9:38    0.110s (        1.0) [vxlan-mesh]
6a:b4:d0:73:15:47    0.100s (       10.0) [  mesh-vpn]

Sollte sich kein Client am Mesh VLAN befinden, wird die vxlan-mesh Zeile nicht angezeigt.

Außerdem sollten die Interfaces wie folgt aussehen:

 # batctl -m bat-welt if

dummy-welt: active
vxlan-mesh: active
fastd-welt: active

Leider ist der Link zum Gateway auf der Map nicht zu sehen.

Soll der Offloader auch ein WiFI-Clientnetz ausstrahlen, müssen wir hostapd installieren und konfigurieren. Bei der Vergabe der SSID ist zu beachten:

Die Liste der SSIDs findet ihr hier:

 # apt install hostapd -y
 # echo 'DAEMON_OPTS="-d"' >> /etc/default/hostapd

Nun legen wir uns eine entsprechende Konfigurationsdatei an.

 # vim /etc/hostapd/hostapd.conf

/etc/hostapd/hostapd.conf

# Django : 2020-12-15
 
ssid=muenchen.freifunk.net/welt
 
country_code=DE
 
interface=wlan0
driver=nl80211
 
macaddr_acl=0
 
logger_syslog=0
logger_syslog_level=4
logger_stdout=-1
logger_stdout_level=0
 
hw_mode=a
wmm_enabled=1
 
# N
ieee80211n=1
require_ht=1
ht_capab=[MAX-AMSDU-3839][HT40+][SHORT-GI-20][SHORT-GI-40][DSSS_CCK-40]
 
# AC
ieee80211ac=1
require_vht=1
ieee80211d=0
ieee80211h=0
vht_capab=[MAX-AMSDU-3839][SHORT-GI-80]
vht_oper_chwidth=1
channel=36
vht_oper_centr_freq_seg0_idx=42

Anschließend aktivieren und starten wir den hostapd-Daemon.

 # systemctl unmask hostapd
 # systemctl enable hostapd
 # systemctl start hostapd

Das Netzwerkinterface wlan0 müssen wir nun noch in die Bridge packen. Dazu passen wir die /etc/rc.local an.

 # vim /etc/rc.local

/etc/rc.local

#!/bin/sh -e
#
# rc.local
#
# This script is executed at the end of each multiuser runlevel.
# Make sure that the script will "exit 0" on success or any other
# value on error.
#
# In order to enable or disable this script just change the execution
# bits.
#
# By default this script does nothing.
 
# Print the IP address
_IP=$(hostname -I) || true
if [ "$_IP" ]; then
  printf "My IP address is %s\n" "$_IP"
fi
# Django : 2020-12-15
sleep 10; /sbin/brctl addif br-welt wlan0
 
exit 0

Am Besten nochmal rebooten um sicher zugehen, dass alles passt, danach einfach mit dem ClientWifi verbinden.

 # systemctl reboot

Will man LAN Clients versorgen, so erstellt man am einfachsten ein VLAN getaggtes Clientnetz. Dazu erstellt man in der Konfigurationsdatei /etc/network/interfaces die zugehörige Konfiguration. Im folgenden Beispiel nutzen wir die VLAN-ID 333 und definieren zunächst einmal das VLAn-Interface und fügen es anschließend in der vorhandenen Bridge hinzu.

 # vim /etc/network/interfaces

/etc/network/interfaces

auto eth0.333
iface eth0.333 inet manual
 
auto br-welt
iface br-welt inet dhcp
        bridge-ports bat-welt eth0.333

Nun zur wichtigsten Frage, welche Performance kann man erwarten.

Hier ein paar Speedtest Ergebnisse:

WiFi Client an VDSL 100:

Kabel Client an VDSL 100:

Kabel Client an 1Gbit/s Glas:

 $ wget -O /dev/null https://speed.hetzner.de/10GB.bin --report-speed=bits

--2019-07-01 09:12:45-- https://speed.hetzner.de/10GB.bin
Resolving speed.hetzner.de (speed.hetzner.de)... 88.198.248.254
Connecting to speed.hetzner.de (speed.hetzner.de)|88.198.248.254|:443... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 10485760000 (9.8G) [application/octet-stream]
Saving to: ‘/dev/null’
/dev/null            2%[===>           ] 288.96M   115Mb/s    eta 14m 34s

Nebenbei gibt es noch die Möglichkeit, Tethering z.B. mit iOS Geräten zu machen. Dazu muss usbmuxd installiert werden. Und in der /etc/network/interfaces ein Interface angelegt werden.

 # apt install usbmuxd libimobiledevice6 -y
 # vim /etc/network/interfaces

/etc/network/interfaces

...
allow-hotplug eth1
iface eth1 inet dhcp
 
...

Am Besten rebootet man den Raspberry Offloader einmal. Danach steckt ihr euer iOS Gerät per USB an während ihr im Hotspot Menü seid und werdet gefragt, ob das PI Zugriff bekommen kann. Das beantwortet ihr mit „Ja“.

Euer PI bezieht sich nun eine IP per DHCP vom iOS Gerät und kann darüber Verbindungen zu den Freifunk Gateways aufbauen.

Und so sieht ein Mobile PI mit iPad als Uplink aus:

Im nachfolgenden Beispiel verwenden wir ein OLED Display von AZDelivery mit 128×64 Pixeln. Das schöne an dem Display ist, es funktioniert auch mit 5V und ist damit noch einfacher anzuschließen.

Angeschlossen wird das Ganze wie folgt:

Als nächstes aktivieren wir die I2C Schnittstelle und installieren die notwendige Software.

 # echo i2c-bcm2708 >> /etc/modules
 # echo i2c-dev >> /etc/modules

 # apt install python3-dev python3-smbus i2c-tools python3-pil python3-pip python3-setuptools python3-rpi.gpio -y

Bevor wir nun einen Reboot durchführen kontrollieren wir noch, ob in der /boot/config.txt das I2C-Interface auch gestartet wird.

 root@raspberrypi:~# vim /boot/config.txt

...

# Uncomment some or all of these to enable the optional hardware interfaces
# Django : 2020-12-15 - für OLED Display Support aktiviert
# default: # dtparam=i2c_arm=on
dtparam=i2c_arm=on

...

Nun am Besten einmal rebooten.

 # systemctl reboot

Danach überprüfen wir ob das Display erkannt wird.

 # i2cdetect -y 1

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3c -- -- -- 
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
70: -- -- -- -- -- -- -- --   

Wie man sieht meldet sich das Display unter der Adresse 3c.

Jetzt installieren wir die notwendige Python Bibliotheken um das Display ansteuern zu können.

 # apt install git fonts-freefont-ttf -y
 # cd /usr/local/src/
 # git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_SSD1306.git
 # cd Adafruit_Python_SSD1306
 # python3 setup.py install

Anschließend können wir mit ein paar Beispielen probieren ob das Display korrekt funktioniert.

 # cd examples
 # python3 /usr/local/src/Adafruit_Python_SSD1306/examples/stats.py

Auf dem Display werden ein paar Systemdaten angezeigt:

Nachdem alles alles soweit funktioniert, können wir als nächstes das Bandbreiten Skript installieren, welches auch gleichzeitig die verbundenen BATMAN Clients anzeigt.

Anschließend das Python Skript, welches das Display steuert installieren und anpassen.

 # cd /usr/local/src
 # git clone https://github.com/awlx/raspberry-oled-bandwidth
 # cd raspberry-oled-bandwidth

Nun passen wir in dem Script folgende Variabelen unseren Gegebenheiten an:

• wifi : Die definierte Schnittstelle unseres WiFi-Devices
• vpn : VPN Definitionen
• batman : BATMAN Definitionen
• primary_mac : MAC des Ethernet-Ports unseres Raspberry 4 # ip addr show eth0 | grep link/ether

 # vim /usr/local/src/raspberry-oled-bandwidth/bandwidth.py

/usr/local/src/raspberry-oled-bandwidth/bandwidth.py

#
# Inspired by https://github.com/DarrenBeck/rpi-oled-bandwidth and https://photochirp.com/r-pi/use-raspberry-pi-oled-bandwidth-monitor/
#
# Maintained by awlnx - aw@awlnx.space
#
 
import subprocess
import time
import re
import Adafruit_GPIO.SPI as SPI
import Adafruit_SSD1306
from PIL import Image
from PIL import ImageDraw
from PIL import ImageFont
import math
 
# Adjust to your needs
wifi = 'wlan0'
vpn = 'fastd-welt'
batman = 'bat-welt'
# Django : 2020-12-15
# default: primary_mac = 'dc:a6:32:00:6b:59'
primary_mac = 'dc:a6:32:01:7f:f0'
 
# We assume 100mbit/s max bandwidth
maxRateIn = 10000000
maxRateOut = 10000000
PImaxRateIn = 10000000
PImaxRateOut = 10000000
 
### DO NOT EDIT BELOW THIS POINT ###
 
# Raspberry Pi pin configuration:
# Django : 2020-15-12
# default: RST = 24
RST = 'P9_15'
 
# 128x64 display with hardware I2C:
disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_64(rst=RST)
 
# Initialize library.
disp.begin()
 
# Clear display.
disp.clear()
disp.display()
 
# Create blank image for drawing.
# Make sure to create image with mode '1' for 1-bit color.
width = disp.width
height = disp.height
image = Image.new('1', (width, height))
 
# Get drawing object to draw on image.
draw = ImageDraw.Draw(image)
 
font = ImageFont.truetype('/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeSans.ttf', 12)
fontsmall = ImageFont.truetype('/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeSans.ttf', 10)
fontverysmall = ImageFont.truetype('/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeSans.ttf', 8)
fontmedium = ImageFont.truetype('/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeSans.ttf', 12)
 
#Display Image
disp.image(image)
disp.display()
 
#Functions
 
def get_network_bytes(interface):
    for line in open('/proc/net/dev', 'r'):
        if interface in line:
            data = line.split('%s:' % interface)[1].split()
            rx_bytes, tx_bytes = (data[0], data[8])
            return (int(rx_bytes), int(tx_bytes))
 
def drawBar (x, barHeight):
    # parameters are x, y, end x, end y
    # draw.rectangle ((x, height - barHeight, x + 10, height -1), outline=255, fill=255)
    draw.rectangle ((x, 32 - barHeight, x + 8, height - 32), outline=255, fill=255)
 
def drawBarLOW (x, barLOWHeight):
        # parameters are x, y, end x, end y
        draw.rectangle ((x, 32 + barLOWHeight, x + 8, height - 32), outline=255, fill=255)
 
def textRate(rate):
    # rate -> raw bitrate
    # Returns: SI formatted bitrate
    if rate == 0:
        return "0B"
    rate = rate * 8
    size_name = (
        "b/s", "kb/s", "mb/s", "gb/s", "tb/s", "pb/s", "eb/s")
    i = int(math.floor(math.log(rate , 1024)))
    p = math.pow(1024, i)
    s = round(rate / p, 1)
    return "%s %s" % (s, size_name[i])
 
lastInBytes = get_network_bytes(vpn)[0];
lastOutBytes = get_network_bytes(vpn)[1];
lastPIInBytes = get_network_bytes(wifi)[0];
lastPIOutBytes = get_network_bytes(wifi)[1];
lastTime = time.time()
 
#timed array vars
timerTime = time.time()
highestSpeedIn = 0
highestSpeedOut = 0
PIhighestSpeedIn = 0
PIhighestSpeedOut = 0
speedArrayIn = []
speedArrayOut = []
PIspeedArrayIn = []
PIspeedArrayOut = []
inMax = 0
outMax = 0
PIinMax = 0
PIoutMax = 0
 
while (1):
    time.sleep(2)
    draw.rectangle((0, 0, width, height), outline=0, fill=0)
 
    now = time.time()
    elapsed = now - lastTime
    lastTime = now
 
    #calculate rates in and out
    inBytes = get_network_bytes(vpn)[0]
    currInBytes = (inBytes - lastInBytes) / elapsed
    lastInBytes = inBytes
 
    outBytes = get_network_bytes(vpn)[1]
    currOutBytes = (outBytes - lastOutBytes) / elapsed
    lastOutBytes = outBytes
 
    PIinBytes = get_network_bytes(wifi)[0]
    currPIInBytes = (PIinBytes - lastPIInBytes) / elapsed
    lastPIInBytes = PIinBytes
 
    PIoutBytes = get_network_bytes(wifi)[1]
    currPIOutBytes = (PIoutBytes - lastPIOutBytes) / elapsed
    lastPIOutBytes = PIoutBytes
 
 
    #max rate last 24 hours calculations
 
    if currInBytes > highestSpeedIn:
        highestSpeedIn = currInBytes
    if currOutBytes > highestSpeedOut:
        highestSpeedOut = currOutBytes
    if currPIInBytes > PIhighestSpeedIn:
        PIhighestSpeedIn = currPIInBytes
    if currPIOutBytes > PIhighestSpeedOut:
        PIhighestSpeedOut = currPIOutBytes
 
    if now > timerTime + 3600:
        print('-----------------------------------------------------------------  time expired')
        timerTime = now
 
        speedArrayIn.append (highestSpeedIn)
        if len (speedArrayIn) > 23:
            del speedArrayIn[0]
        inMax = max(speedArrayIn)
 
        speedArrayOut.append (highestSpeedOut)
        if len (speedArrayOut) > 23:
            del speedArrayOut[0]
        outMax = max(speedArrayOut)
 
        highestSpeedIn = 0
        highestSpeedOut = 0
 
        PIspeedArrayIn.append (PIhighestSpeedIn)
        if len (PIspeedArrayIn) > 23:
            del PIspeedArrayIn[0]
        PIinMax = max(PIspeedArrayIn)
 
        PIspeedArrayOut.append (PIhighestSpeedOut)
        if len (PIspeedArrayOut) > 23:
            del PIspeedArrayOut[0]
        PIoutMax = max(PIspeedArrayOut)
 
        PIhighestSpeedIn = 0
        PIhighestSpeedOut = 0
 
    #adjust these in each loop in case we find a faster speed
    inMax = max(inMax, highestSpeedIn)
    outMax = max(outMax, highestSpeedOut)
    PIinMax = max(PIinMax, PIhighestSpeedIn)
    PIoutMax = max(PIoutMax, PIhighestSpeedOut)
 
    #draw graph
    inHeight = 0.0
    outHeight = 0.0
    PIinHeight = 0.0
    PIoutHeight = 0.0
 
    if currInBytes > 0:
        inHeight = float(currInBytes / maxRateIn) * 32 
 
    if currOutBytes > 0:
        outHeight = float(currOutBytes / maxRateOut) * 32
 
    if currPIInBytes > 0:
        PIinHeight = float(currPIInBytes / PImaxRateIn) * 32
 
    if currPIOutBytes > 0:
        PIoutHeight = float(currPIOutBytes / PImaxRateOut) * 32
 
    drawBar (0, inHeight)
    drawBar (10, PIinHeight)
    drawBarLOW (0, outHeight)
    drawBarLOW (10, PIoutHeight)
    #write rates
    draw.text((26,38), textRate(currInBytes), font=font, fill=255)
    draw.text((26,50), textRate(currOutBytes), font=font, fill=255)
 
    draw.text((81,38), textRate(currPIInBytes), font=font, fill=255)
    draw.text((81,50), textRate(currPIOutBytes), font=font, fill=255)
 
    # Batman Clients
    clients = subprocess.check_output("batctl -m " + batman + " tl | egrep -v '(MainIF|" + primary_mac + ")' | egrep -o '([0-9A-Fa-f]{2}[:-]){5}([0-9A-Fa-f]{2})' | wc -l", shell=True).split().pop()
    draw.text((0,48), "Clients", font=fontverysmall, fill=255)
    draw.text((10,55), clients.decode("utf-8"), font=fontverysmall, fill=255)
 
    #max rates
    draw.text((36,0), "VPN", font=fontsmall, fill=255)
    draw.text((26,10), textRate(inMax), font=fontsmall, fill=255)
    draw.text((26,20), textRate(outMax), font=fontsmall, fill=255)
 
    draw.text((90,0), "Wifi", font=fontsmall, fill=255)
    draw.text((81,10), textRate(PIinMax), font=fontsmall, fill=255)
    draw.text((81,20), textRate(PIoutMax), font=fontsmall, fill=255)
 
    disp.image(image)
    disp.display()

Nun können das Script erst einmal manuell anstarten und prüfen ob die gewünschten Informationen richtig angezeigt werden.

 # /usr/bin/python3 /usr/local/src/raspberry-oled-bandwidth/bandwidth.py

Um nun nicht jedes mal beim Starten des Offloaders/Gateways manuell starten müssen, legen wir uns noch ein systemd-Script an.

 # vim /etc/systemd/system/oled-bandwidth.service

/etc/systemd/system/oled-bandwidth.service

# Django : 2020-12-15
[Unit]
After=network.target
 
[Service]
ExecStart=/usr/bin/python3 /usr/local/src/raspberry-oled-bandwidth/bandwidth.py
 
[Install]
WantedBy=default.target

Anschließend informieren wir unser System über unser definiertes Daemon-Startscript und aktivieren dies auch gleich noch.

 # systemctl daemon-reload
 # systemctl enable oled-bandwidth.service

Zu guter Letzt rebooten wir nun unseren Rechner.

 # systemctl reboot

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