基于虚拟机的单网口软路由实践
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Mar 15, 2022
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一直以来都很想搭建一台多功能家庭服务器，以实现软路由、NAS、媒体中心、下载机、远程桌面办公等功能的一体化。
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一直以来都很想搭建一台多功能家庭服务器，以实现软路由、NAS、媒体中心、下载机、远程桌面办公等功能的一体化。
刚好最近又添置了一台新的设备作为主力机，那么之前的主力机 NUC11 就“闲置”了。本来打算将这台机器出掉回回血，但转念一想，这台机器搭载了功耗相对较低的移动端处理器 i5-1135G7、16 GB DDR4 内存、一个 1TB NVME 硬盘、一个 1TB HDD 硬盘，以及一个 2.5G 网口，如果将其打造成一台多功能的家庭服务器，物尽其用的同时，作为一台小主机，其较强的性能也可保证未来相当长一段时间内不会落伍。
于是便有了这篇文章。
系统
这台服务器采用了 Windows 11 操作系统，通过各种软件以及 Hyper-V 虚拟机拓展使用场景。
之所以做了这个非常规的违背祖宗的决定，也是基于多个因素综合考虑的结果。
家庭服务器的操作系统，大概有三个主流的选择：Linux、PVE/ESXI/unRaid 虚拟机、Windows Server 等。
关于 Linux，我个人是一个 Linux 桌面的长期使用者，使用经验也相对丰富，并且 Linux 也占据了服务器市场的绝大部分份额，使用 Linux 作为服务器是应有之义。但是 Linux 有一个致命的问题，那就是软件生态的匮乏（“家庭”服务器的使用场景）。举个例子，比如作为下载机，在国内很难完全绕开迅雷，虽然 Linux 桌面也有原生的迅雷（甚至 flatpak 版本还是我维护的），但是缺失了比如迅雷云盘等功能，实用性大打折扣。遂无奈放弃。
关于 PVE/ESXI/unRaid 等虚拟机，没有选择这个方案一方面是因为之前没接触过，还得从头研究，比较消耗脑细胞；最关键的一点是，如果不直通显卡等硬件（至少目前 NUC11 的显卡无法直通），图形性能严重不足，那么这颗 80EU 的 Xe 显卡性能就浪费了。遂果断放弃。
关于 Windows Server，这本来是我的首选方案，服务器系统相对稳定，也具备 Windows 软件生态最为丰富的优势，还能完美驱动各个硬件设备。可是折腾了半天，有线网卡驱动死活装不上，我知道一般是我自己操作的问题，但是最终还是没能解决，网卡驱动不起来，做服务器便是虚妄。遂自闭放弃。
于是选择了 Windows 11 作为服务器的操作系统。其实任何一台机器，任何一个系统，只要能够实现相应的目的，那么就可以作为一台“服务器”，条件没必要卡的那么死。像这样，直接在 host 上安装闪电下载、迅雷等实现下载机的功能；安装 Emby 实现家庭媒体中心的功能；使用自带的远程桌面实现远程办公的功能；使用自带的文件共享实现 NAS 的功能；最关键的，跑一个 Hyper-V 虚拟机装一个 OpenWrt 系统，实现软路由的各种功能，比如局域网内手机、平板、笔记本等其他设备的全局透明代理。
基于虚拟机的单网口软路由实践
前戏有点长，终于来到了本文题目的内容。
简单讲，是用一根网线连接 NUC 的 2.5G 网口和普通硬路由器的 LAN 口，再在 NUC 的 Windows 11 系统上启动一个装有 OpenWrt 路由器系统的 Hyper-V 虚拟机，并以桥接的方式连接。这样，原本连接普通硬路由 Wi-Fi 的设备如不做额外设置，则不会受到任何影响，而希望通过 OpenWrt 全局透明代理的设备，依旧是连接原本的 Wi-Fi，只需将网关和 DNS 改为此虚拟机，即可使网络流量穿过装有代理工具的虚拟机软路由。
需要注意的是，最好为 host 分配一个静态地址，以方便后续操作。
准备 OpenWrt 系统镜像
到 OpenWrt 的 releases 页面选择所需镜像（这里是 x86_64，注意选择正确的架构），这里我就选择
generic-ext4-combined-efi.img.gz，下载得到 openwrt-版本号-x86-64-generic-ext4-combined-efi.img.gz。将上述镜像解压，得到
openwrt-版本号-x86-64-generic-ext4-combined-efi.img。到这里，还需要将此 img 镜像转换为适用于 Hyper-V 虚拟机的 vhdx 格式。这里我选择 StarWind V2V Converter 进行格式转换。下载完成后安装打开。
- 在 Select location of image to convert 界面，选择 Local file
- 在 Source image 界面，选择刚解压得到的 img 镜像
- 在 Select location of destination image 界面，选择 Local file
- 在 Select destination image format 界面，选择 VHD/VHDX
- 在 Select option for VHD/VHDX image format 界面，选择 VHDX growable image
- 在 Set destination file name 界面，选择文件保存地址，默认与源文件同目录
最终得到名为
openwrt-版本号-x86-64-generic-ext4-combined-efi.vhdx 的文件。安装 Hyper-V 虚拟机
在开始菜单搜索“启用或关闭 Windows 功能”，找到 Hyper-V 勾选安装，重启以完成安装。此处不再赘述。
创建并配置 OpenWrt 虚拟机
在开始菜单搜索并打开“Hyper-V 管理器”，点击右侧的“虚拟交换机管理器”。
在弹出的窗口中，“新建虚拟网络交换机”，在右侧窗口中选择“外部”，并点击“创建虚拟交换机”，之后为该虚拟交换机起一个名字，比如“Bridge Switch”，外部网络选择 host 正在使用的网卡，记得勾选“允许管理操作系统共享此网络适配器”。
回到 Hyper-V 管理器主界面，点击右侧的“新建-虚拟机”打开“新建虚拟机向导”。
需要注意的是，在“指定代数”这一步，如果之前的镜像是含有
efi 字样的，那么选择“第二代”，否则选“第一代”；
在“配置网络”这一步，选择刚刚建立的虚拟网卡；
在“连接虚拟硬盘”这一步，选择“使用现有虚拟硬盘”并选择之前转换得到的拓展名为
vhdx 的文件。
其他选项保持默认即可。
再次回到 Hyper-V 管理器主界面，在刚刚创建的虚拟机上“右键-设置”，打开该虚拟机的设置页面，在左侧找到“安全”，并禁用安全启动。
在设置完成的虚拟机上“右键-启动”、“右键-连接”，即可启动 OpenWrt 并看到输出。待输出内容稳定后，敲一下回车，即可输入后续命令。
首先，键入
passwd 以修改管理员密码；之后，键入
vim /etc/config/network 以修改基本配置；只需修改
config interface 'lan' 部分的内容。option ipaddr '192.168.1.1' 代表路由器管理界面地址，默认为 192.168.1.1，建议修改为与 host 同一网段的其他可用固定 IP 地址； 之后，在后面增加两行：gateway 意为网关，dns 配置 DNS，将二者统一设置为 host 所连接的物理硬路由器的 IP 地址（比如我用的华为路由器，地址为 192.168.3.1）。参考配置如下图。
使用局域网内另一台设备的浏览器输入设置好的路由器管理地址，再输入账号密码即可打开 OpenWrt 软路由的管理页面了。
安装 OpenClash
在这里，我选用 OpenClash 实现代理功能。
根据 OpenClash 的 Wiki 安装 OpenClash 所需依赖。
首先，更新软件包：
之后，安装上文所述页面规定的依赖：
需要注意的是，OpenClash 所需的
dnsmasq-full 与系统自带的 dnsmasq 冲突，安装之前需要先卸载掉系统自带的包，所以这一步这样执行：安装其他包的时候也可能出现一些报错，忽略即可。
将该文件上传至 OpenWrt 虚拟机，比如我的虚拟机软路由地址为
192.168.3.199，在 macOS 下可执行：随后在虚拟机里执行：
从而将内核文件放置在正确的位置并给予其可执行权限。
在 这里 下载 OpenClash 的安装包，比如
luci-app-openclash_0.44.29-beta_all.ipk，随后打开虚拟机路由器的管理页面，进入“System-Software”页面，并点击“Upload Package...”按钮上传并安装刚刚下载好的 OpenClash 安装包。
稍等片刻，安装完成后（这里可能有报错，依旧忽略即可），重启 OpenWrt 虚拟机，并再次进入虚拟机路由器管理页面，此时，应该已经出现了 OpenClash 服务。
在“Config Update”标签页配置完成 Clash 订阅后，回到“Overviews”标签页，点击界面左下角的“启动 OpenClash”即可开启代理服务。
此时，打开同一局域网内其他设备的网络设置，将网关和 DNS 均配置成 OpenWrt 虚拟机软路由的地址，即可实现全局透明代理。
打开浏览器，输入
https://www.google.com/，完成～
最后
全局透明代理的体验真的非常棒，不用再单独为浏览器、Telegram、Spotify、终端等单独设置代理，也不用再为一些没有代理设置选项的软件所困扰。
此外，因为这台 NUC11 是以有线方式连接到路由器上的，所以局域网访问速度和稳定性都得到了一定程度的保障，使用远程桌面管理服务器时也十分流畅。不得不说，微软的 Microsoft Remote Desktop 可以称得上最好的远程桌面客户端，比如分辨率问题，只需勾选 Optimize for Retina displays 即可完美解决。
补充（2022.03.21）
最近几天一直使用全局代理，上网一切正常。然而，我发现不使用代理的时候，无法正常访问互联网。我本来以为旁路网关对局域网其他设备不会有影响，但事实证明我错了，不仅有影响，而且非常大。
OpenWrt 作为旁路由，需要注意两个坑：
- 局域网内禁止存在多个 DHCP 服务器。主路由已经提供了 DHCP 服务，故需关闭作为旁路由的 OpenWrt 的 DHCP 服务。
关闭方法：网络 - 接口 - 接口 - LAN - 编辑 - DHCP 服务器 - 常规设置 - 忽略此接口
需要注意的是，作为旁路网关使用时，不可完全停用 Dnsmasq，因而不能采用到 网络 - DHCP/DNS 选项卡中关闭的方法。
- 因为较新的系统会优先使用 IPv6 网络，所以需要禁用 LAN 口的 IPv6 服务，以避免局域网设备获得了多个临时 IPv6 地址从而导致无法正常联网。
禁用方法：网络 - 接口 - 设备 - br-lan - 配置... - 启用 IPv6（取消勾选）
参考文章：
等等...