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Aus Raspberry Pi Geek 06/2015

Der Raspberry Pi als 3G-Hotspot

© Andrei Krauchuk, 123RF

Do it yourself

Bernhard Bablok

WLAN gibt es vielerorts und oft auch kostenlos – Internet über das UMTS-Netz erscheint unnötig. Doch in der Realität trüben oft schlechter Empfang und insbesondere mangelnde Verschlüsselung das Vergnügen. Ein Raspberry Pi mit UMTS-Stick als eigener Hotspot macht Sie unabhängig von öffentlichen WLANs.

Wer nach mobilen Routern sucht, findet im Handel schnell kostengünstige Geräte ab etwa 45 Euro. Diese schlucken eine SIM-Karte für den mobilen Zugang zum Internet und spannen ein WLAN-Netz für typischerweise bis zu fünf Geräte gleichzeitig auf. Preisunterschiede ergeben sich durch die Kapazität des eingebauten Akkus, die Verarbeitung oder die Benutzeroberfläche. Manche Modelle kommen mit integrierten OLED-Displays zur Anzeige von Statusinformationen daher.

Interessanterweise vermarkten manche Hersteller sehr günstige Geräte wie den TP-Link MR3020 [1] ebenfalls als “mobile Router” – erst im Kleingedruckten steht, dass der Nutzer selbst einen UMTS-USB-Stick beisteuern muss. Warum dann nicht gleich selbst Hand anlegen? Ein Raspberry Pi beherrscht diese Aufgabe mit dem richtigen Zubehör locker: Zwar kommt ein RasPi-Router vom Preis her nicht an ein System von der Stange heran – schon allein der RasPi ist teurer. Wer aber sowieso einen Pi besitzt, für den sieht die Rechnung gleich anders aus.

Komponenten

Als Basis des RasPi-Routers dient idealerweise ein Raspberry Pi der zweiten Generation – mit einem B+ funktioniert das Vorhaben jedoch prinzipiell auch. Allerdings muss der RasPi ausreichend Strom an den USB-Anschluss liefern; ein UMTS-Stick überfordert im Betrieb in aller Regel die RasPis der ersten Generation. Abhilfe böte ein aktiver Hub, mit diesem ginge jedoch ein Teil der Mobilität wieder verloren.

UMTS-Sticks gibt es für wenig Geld bei diversen Mobilfunkanbietern, wahlweise bei den üblichen Einzelhändlern und Handelsplattformen im Netz. Fast möchte man sagen: Je älter desto besser, denn die Hersteller garantieren nur selten Unterstützung für Linux. Bei älteren Sticks sorgt die Linux-Gemeinde für Kompatibilität. Für das WLAN, das der Hotspot aufspannen soll, eignen sich die meisten verfügbaren und von Linux unterstützten WLAN-Sticks. Bei diesen müssen Sie jedoch darauf achten, dass die WLAN-Geräte nicht nur als Client arbeiten, sondern auch als Access Point fungieren. Gerade der sehr beliebte, weil kostengünstige und trotzdem leistungsfähige Edimax EW-7811UN hat hier Probleme – der Artikel beschreibt einen entsprechenden Workaround.

Optional, aber in vielen Situationen sehr nützlich, wäre eine mobile Stromversorgung in Form eines größeren Zusatzakkus für Smartphones oder Tablets. So lässt sich der RasPi-Hotspot zum Beispiel für optimalen UMTS-Empfang in Fensternähe positionieren oder der Garten zur WLAN-Zone machen. Die Powerbank muss genug Strom für den RasPi liefern, aufgrund der Peripherie also möglichst mehr als 2 A, und darf auch nicht sofort schlapp machen: Geeignete Akku-Packs bekommen Sie ab etwa 25 Euro. Den kompletten Hotspot-Aufbau mit UMTS-Stick und WLAN-Dongle zeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Der Raspberry Pi als 3G-Router mit WLAN-Stick und UMTS-Dongle. Ein für Smartphones oder Tablets gedachter Zusatzakku macht das Konstrukt mobil.

Abbildung 1: Der Raspberry Pi als 3G-Router mit WLAN-Stick und UMTS-Dongle. Ein für Smartphones oder Tablets gedachter Zusatzakku macht das Konstrukt mobil.

Netzwerk

Abbildung 2 zeigt den schematischen Aufbau der Netzwerkkonfiguration. Letztlich besitzt der RasPi-Router drei Netzwerkschnittstellen: Einmal die per UMTS aufgespannte WAN-Verbindung (also der Internetzugang), dann den eingebauten Ethernet-Port sowie schließlich das WLAN per USB-Stick. Netzwerktechnisch verbinden wir den Ethernet-Port mit dem WLAN zu einer logischen Schnittstelle; der Fachbegriff hierfür lautet Bridge: Diese stellt das private Netz des Routers bereit, ganz egal, ob ein Rechner per Kabel oder per WLAN auf den RasPi zugreift.

Abbildung 2: Schematischer Aufbau der Netzwerkkonfiguration: An den Ethernet-Port angeschlossene Rechner oder über WLAN eingebuchte Geräte gelangen über die UMTS-Verbindung ins Netz.

Abbildung 2: Schematischer Aufbau der Netzwerkkonfiguration: An den Ethernet-Port angeschlossene Rechner oder über WLAN eingebuchte Geräte gelangen über die UMTS-Verbindung ins Netz.

Im Folgenden geht es also zunächst einmal um das Konfigurieren des UMTS-Sticks. Als Nächstes muss das WLAN im Infrastrukturmodus laufen und alle Pakete vom privaten Netz ins Internet leiten. Schließlich soll der RasPi auch noch als DHCP- und DNS-Server für die verbundenen Geräte dienen. All das lässt sich mit Raspbian-Bordmitteln recht einfach lösen.

Für das Hantieren an der Netzwerkkonfiguration eignet sich ein RasPi mit angeschlossenem Bildschirm und Tastatur am besten. So lassen sich Fehler in der Konfiguration unkompliziert beheben. Für das Installieren der benötigten Software sollte der Mini-PC zudem zuerst als normaler Client im eigenen Netz hängen, obwohl er später autark ein eigenes WLAN-Netz mit eigenem Internetzugang erhält.

Installation

Als Ausgangspunkt richten Sie ein Standard-Raspbian ein, das Sie wie gewohnt auf eine SD-Karte kopieren und nach dem ersten Booten einrichten. Per Kabel an den Heimrouter angeschlossen, sollte der RasPi ins Internet gelangen. Die Kommandos in Listing 1 installieren alle notwendigen Pakete in einem Rutsch.

Listing 1

 

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install usb-modeswitch usb-modeswitch-data bridge-utils ppp wvdial hostapd iw dnsmasq vnstat lighttpd php5-cgi phpsysinfo php-apc

Anschließend geht es an die Router-Funktionen. Dazu richten Sie im ersten Schritt den UMTS-Stick ein. Hier gilt es, die erste Hürde zu nehmen, denn die Sticks emulieren neben dem UMTS-Modem in aller Regel weitere Geräte – auf dem von uns benutzten Stick beispielsweise ein Speicherlaufwerk für eine optionale interne Micro-SDHC-Karte sowie ein Mini-CD-Laufwerk mit “eingelegter CD”: Auf diesem virtuellen Laufwerk liefert der Hersteller die für Windows benötigten Treiber aus.

Nach dem Anstecken erscheinen erst einmal nur Speicher- und CD-Laufwerk im System. Erst ein an den Stick gesandtes Kommando aktiviert diesen auch als UMTS-Modem. Diesen Moduswechsel (englisch “modeswitch”) übernimmt üblicherweise der Windows-Treiber. Unter Linux kümmert sich die Software aus dem Paket usb-modeswitch beim Anstecken des Geräts darum. Hier trennt sich die Spreu vom Weizen: Unterstützt der Linux-Kernel den Stick, dann finden Sie nach dem Anstecken eine Gerätedatei wie /dev/ttyUSB0 sowie eventuell noch weitere Dateien mit Suffixen wie USB1 und USB2. In der Logdatei /var/log/messages sollten weitere Meldungen auftauchen, die darauf hindeuten, dass der Stick ein Modem bereitstellt.

Beachten Sie jedoch, dass Raspbian beim Einbinden der Sticks gerne Ärger macht (siehe Kasten “UMTS-Sticks und der RasPi”). Falls der von Ihnen verwendete UMTS-Stick nicht auf Anhieb unter Linux funktioniert, lohnt sich in der Regel eine kurze Recherche im Internet. Für viele UMTS-Dongles finden sich Anleitungen, um sie unter Linux zum Laufen zu bekommen. Oft muss man dazu allerdings ein wenig tiefer ins System eingreifen. Sämtliche Kausalitäten aller am Markt verfügbaren UMTS-Sticks zu beschreiben, würde den Artikel sprengen.

UMTS-Sticks und der RasPi

Generell harmonieren viele UMTS-Sticks mit Linux, doch im Zusammenhang mit dem Raspberry Pi taucht immer wieder ein Problem auf: Steckt man den Stick nachträglich ein, funktioniert der Modeswitch ohne Probleme. Hängt der Stick jedoch schon während des Systemstarts am System, passiert nichts. Die Ursache: Der für das Umschalten verantwortliche Udev-Daemon startet zu spät. Die Hardware des Sticks ist schon initialisiert und Udev bekommt davon nichts mit. Als Workaround fügen Sie der Datei /etc/rc.local vor der letzten Zeile mit dem exit die Anweisung udevadm trigger hinzu. Dies löst noch einmal alle Kaltstart-Events aus, sodass der Moduswechsel dann doch noch funktioniert.

Einwahl

In Vor-DSL-Zeiten war für die Internetverbindung ein Wählprogramm notwendig, die eigentliche Verbindung wurde per PPP aufgebaut. Damals wie heute steht PPP für “Point-to-Point Protocol”, also Punkt-zu-Punkt-Verbindungsprotokoll. Darauf setzen auch moderne UMTS-Modems auf. Das in den Stick integrierte Modem wählt sich ein und stellt eine Verbindung zu einer Gegenstelle her. Der Pppd-Daemon hält die Leitung und stellt die Netzwerkschnittstelle bereit. Beim Aufbau des RasPi-Routers übernimmt das Wählprogramm Wvdial diese komplexe Aufgabe.

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