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长沙理工大学：校园网共享指南

校园网限制一人一终端，但现在的大学生还有几人是有且只有一台上网设备的？指望推动学校在短时间做出改变不太现实，只好另辟蹊径。

2016年11月7日通过的《中华人民共和国网络安全法》第二十四条规定，「网络运营者为用户办理网络接入、域名注册服务，办理固定电话、移动电话等入网手续，或者为用户提供信息发布、即时通讯等服务，在与用户签订协议或者确认提供服务时，应当要求用户提供真实身份信息。用户不提供真实身份信息的，网络运营者不得为其提供相关服务。」

到了教育部这里落实，就变成了校园网一人一号。再到运营商这里，就变成了一人一终端，还不准使用路由器。这显然已经和合规没有任何关系，学生的需求也摆在这里，但限制却还是这个鸟样。好一点的大学，比如上海交大这种坐拥华东教育骨干网的学校可以做到校园网免费，为什么我们甚至不能放开连接设备数量上的限制呢？

2015年以来……目前，我校IPV4/IPV6总出口带宽达到47GB，其中电信25GB、联通10GB、移动10GB、教育网2GB，校园网总注册用户数超过4.34万、活跃用户数超过2.43万。办公账户（免费）带宽由2MB升到36MB。宿舍区基本账户（付费）带宽由2MB升到12MB，网费不变。……

这套数据应该不是最新的，2022年寒假校园网又进行了一次大扩容，具体扩容了多少不得而知。如果按照这套数据计算，总出口 47GB，活跃用户数2.43万，则人均带宽是$ \dfrac{47GB * 1000 * 8}{24300} \approx 15Mbps $。这点可怜的带宽，还要给学校的官网防 DDoS，加上网安等种种因素，就变成了一人一终端这种限制。

现在的大学生还有几人是有且只有一台上网设备的？室友间的一些操作也需要一套局域网环境（文件共享、联机游戏……）指望推动学校在短时间做出这套改变不太现实。但需求总要解决，只能先自己想想办法，从技术上解决这个矛盾了。

Update 2023/10/7：可能是部署了新设备，经测试，在敏行轩，本文措施失效——即使部署所有措施，依旧会频繁被检测。虽然我的脚本可以自动让路由器重新上线，但上网体验会变得很差，游戏更是几乎不可能。那么，敏行轩大概率是部署了新的检测方法，基本只剩加密所有流量这一条路可走。

Update 2023/10/16：现在在敏行轩（其他区块只会更宽松），最有效也最简单的办法就是用 Clash 代理所有流量（即使全局直连也可以），具体方法文章后段有详细说明。

# 硬件

需要一台可以刷入 OpenWRT 的路由器，我采用的是一台 Nano Pi R2S，最好选择这种用户基数大固件多的产品，也最好能自己编译固件。

关于如何为路由器刷入 OpenWRT 请自行在网上搜索对应的路由器型号+教程。不建议购买所谓的「校园网路由器」，这种路由器通常价格比同性能路由器贵非常多，而且卖的人还不一定懂技术。

# 接入路由器

通过一段时间的观察，可以得到我校校园网前端的计费系统采用城市热点的 Dr.COM，这是一套非常常见的计费系统；BRAS 终端是锐捷的设备，采用 POE 方式连接锐捷的 AP，似乎没有参与认证。

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daemon.info pppd[8599]: CHAP authentication succeeded: Welcome to Drcom System:

我将校园网分为三大类接入方式，无线，办公区有线，学生公寓有线。

前两者都是 DHCP+Portal 验证，网页表单提交账号即可完成验证。学生公寓区域的有线设备通过 PPPoE 认证，账号信息就是校园网账号本身。

因此路由的接入方式便确定了。宿舍的有线直接 PPPoE 认证就可以正常上网了。对于 Portal 的要麻烦一些，若无法连接外网则判断 Portal 能否访问，能访问的话提交一个构造好的 POST 包登录即可。

Portal 认证的脚本校友已经写过不少：

https://github.com/linfangzhi/CSUST_network_auto_login

https://github.com/eigeen/csust-cn-login

https://github.com/colawithsauce/csust-network-login

路由器上安好 python 和 requests 库然后运行这些脚本即可。如果因无网络不能安装，重新编译一个固件就行。再不行就写一个 Shell 脚本登录。

# 封锁状况

此时已经可以通过路由器上网了，但依然不能全寝共享。

校园网多设备共享很被检测到会被临时屏蔽，此时会屏蔽所有的网络流量，据说还会强制重定向所有 HTTP 请求到http://1.1.1.3/remind/proxy_remind.htm?tm=8，不过我是没有遇上。

Update: 会强制重定向到以下网页：

校园网共享检测提示

查阅资料发现，检测是否多设备共享有两种思路，一种是通过设备流量特征识别：

  • TTL
  • IPID
  • 时间戳
  • UA

另一种是侵入式流量审计，这个可能看学校，不过我校肯定是有的：

增强网络安全防护能力。……部署出口防火墙、出口行为审计……、IPS(入侵防御)等安全设备系统，加固学校网络和信息系统的整体安全。

通过一次喊人来寝室修网络得知肯定是深信服的设备。

通过路由器裸奔一段时间发现如下规律：

  • 两台不同平台的产品（如 Windows 电脑和 iPad）同时上网会在较短时间内被封锁
  • 封锁时用代理可以连出去，B 站也能看，其他的不行，甚至无法 Ping 通校外 IP
  • 被封锁后重新认证也无法上网，更换 MAC 地址后才能恢复

得出的结论是大概率通过 UA 识别，检测到后封禁当前 MAC 地址一段时间。

# 流量处理

# 统一 TTL

将这行规则加入路由器的「网络」-「防火墙」-「自定义规则」（下同），即可统一 TTL 为 65，其中-o br-lan可以视情况更换，如eth0。

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iptables -t mangle -I POSTROUTING -o br-lan -j TTL --ttl-set 65

这条规则用到了 ipopt 模块，在官方编译的固件或其他一些极简的固件里默认不会安装。这种情况下用opkg安装即可：

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opkg update
opkg install iptables-mod-ipopt

保存规则并重启防火墙，在电脑上随便 Ping 一个网站看 TTL 是否为 65（不要在路由器上 Ping，除非你知道你在干什么）。

# 统一时间戳

接下来先启用 OpenWrt 自带的 NTP 服务器，然后劫持所有局域网内的 NTP 请求到路由器，以达到我们统一时间戳的目的。

这种方法并不完美，因为手机连接基站时会同步到别的 NTP 服务器，最好的办法是直接去除 TCP 包的时间戳，但这种方法暂无成熟的实现，只能先采用劫持 NTP 请求的办法。

只需要在管理页面中修改几个设置就可以了。

  • 点击 System -> System（系统）
  • 勾选 Enable NTP client（启用 NTP 客户端）和 Provide NTP server（作为 NTP 服务器提供服务）。
  • NTP server candidates（候选 NTP 服务器）按需设置，可以使用阿里云的 NTP 服务器：ntp.aliyun.com
  • 点击 Save & Apply 按钮。

向防火墙添加以下规则：

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iptables -t nat -N ntp_force_local
iptables -t nat -I PREROUTING -p udp --dport 123 -j ntp_force_local
iptables -t nat -A ntp_force_local -d 0.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t nat -A ntp_force_local -d 127.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t nat -A ntp_force_local -d 192.168.0.0/16 -j RETURN
iptables -t nat -A ntp_force_local -s 192.168.0.0/16 -j DNAT --to-destination 192.168.1.1

其中192.168.1.1需要更改成路由器的地址，视固件而定。

若你的路由器地址不在192.168.0.0/16内，最后两行都要跟着改，一般的家用路由器都在这个范围内。

Windows 下确认效果：

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w32tm /stripchart /computer:baidu.com /dataonly /samples:5

如果能正常同步就证明配置成功了。

# 统一 UA

网上的解决方案大部分基于代理，比如 Privoxy，甚至 Clash。还有不少是通过XMURP-UA直接在内核层面处理 UA，这几年又有新的插件出来，比如UA2F。

# 方案一：UA2F

编译固件时自定义加入ua2f和luci-app-ua2f，R2S 可以在这里下载编译好的。UA2F 与 Turbo ACC 冲突，即使没有使用 Turbo ACC 也记得要关掉「全雏形 NAT」和「软件流量分载」这两个功能。

完成后启动 UA2F 再打开ua.233996.xyz就会发现自己的 UA 已经被修改了。

# 方案二：Privoxy

安装好 Privoxy 并正确配置，然后将所有 HTTP 流量转发给 Privoxy 代理，并在 Privoxy 中替换 UA。

# 安装 Privoxy
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opkg update
opkg install luci-app-privoxy
opkg install luci-app-privoxy-zh-cn
# 配置 Privoxy

点击 Services -> Privoxy WEB proxy。

  • Files and Directories（文件和目录）：Action Files 删除到只剩一个框，填入 match-all.action。Filter files 和 Trust files 均留空。
  • Access Control（访问控制）：Listen addresses 填写 0.0.0.0:8118，Permit access 填写 192.168.0.0/16。Enable action file editor 勾选。
  • Miscellaneous（杂项）：Accept intercepted requests 勾选。
  • Logging（日志）：全部取消勾选。

点击 Save & Apply。

# 配置防火墙转发

向路由器防火墙添加以下规则：

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iptables -t nat -N http_ua_drop
iptables -t nat -I PREROUTING -p tcp --dport 80 -j http_ua_drop
iptables -t nat -A http_ua_drop -d 0.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t nat -A http_ua_drop -d 127.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t nat -A http_ua_drop -d 192.168.0.0/16 -j RETURN
iptables -t nat -A http_ua_drop -p tcp -j REDIRECT --to-port 8118

在路由器的局域网中打开 http://config.privoxy.org/edit-actions-list?f=0，点击 Edit 按钮。Action 那一列中，hide-user-agent 改选为 Enable（绿色），在右侧 User Agent string to send 框中填写 Privoxy/1.0或任意 UA；其它全部选择为 No Change （紫色）。点击 Submit 按钮。

如果打不开这个页面，说明之前某个地方配置有误。

# 确认效果

本地浏览器调试是看不到效果的，因为经过路由器之前 UA 会保持原样。

访问 ua.chn.moe 以查看 UA 是否修改成功。

# 方案三：Clash

这种方法的思路是使用 Clash 代理/阻止所有发往 80 端口的流量。同时 Clash 也直接接管所有流量，这就意味着无需处理 IPID 和时间戳。

假设你使用的是 OpenClash，方法如下：

OpenClash设置

打开 OpenClash 插件面板，进入 覆写设置 -> 规则设置，勾选自定义规则，将以下规则插入配置：

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- DST-PORT,80,Proxy

其中Proxy需要视配置文件的不同而更改，例如我的代理组叫做 HK，也可以直接使用节点名称。

对于没有能力加密的同学，则使用以下规则1：

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- DST-PORT,80,REJECT

Update 2023/10/31：经测试，即使不加入这条自定义规则，也足以防止检测。但必须启用 Clash，至少设置全局直连。

# 防止通过 IPID 检测

各设备的 IPID 起始值不同，并随着包数量的上升而上升，接近一条直线，若有多个设备长时间使用后会呈现出多条上升序列。这可以用来探测是否是多个设备。23

由于需要kmod-rkp-ipid，这一步也需要编译固件。

编译好固件后向防火墙添加以下规则：

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iptables -t mangle -N IPID_MOD
iptables -t mangle -A FORWARD -j IPID_MOD
iptables -t mangle -A OUTPUT -j IPID_MOD
iptables -t mangle -A IPID_MOD -d 0.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t mangle -A IPID_MOD -d 127.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t mangle -A IPID_MOD -d 10.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t mangle -A IPID_MOD -d 172.16.0.0/12 -j RETURN
iptables -t mangle -A IPID_MOD -d 192.168.0.0/16 -j RETURN
iptables -t mangle -A IPID_MOD -d 255.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t mangle -A IPID_MOD -j MARK --set-xmark 0x10/0x10

即可修改所有包的 IPID 为单一递增曲线。

# 老办法

设置如下 crontab 即可在每天凌晨三点重新拨号以打断检测过程：

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0 3 * * * ( ifdown wan; sleep 5; ifup wan )

# 侵入式流量屏蔽

向路由器防火墙添加以下规则：

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iptables -I FORWARD -p tcp -m tcp --sport 80 -m u32 --u32 "5&0xFF=0x7F" -j DROP
iptables -I FORWARD -p tcp -m tcp --sport 8000 -m u32 --u32 "5&0xFF=0x7F" -j DROP
iptables -I FORWARD -p tcp -m tcp --sport 8080 -m u32 --u32 "5&0xFF=0x7F" -j DROP
iptables -I FORWARD -p tcp -m tcp --sport 80 -m u32 --u32 "5&0xFF=0x80" -j DROP
iptables -I FORWARD -p tcp -m tcp --sport 8000 -m u32 --u32 "5&0xFF=0x80" -j DROP
iptables -I FORWARD -p tcp -m tcp --sport 8080 -m u32 --u32 "5&0xFF=0x80" -j DROP

以屏蔽侵入式流量，以上规则来自 V2EX 网友。

这些规则用到了iptables的u32模块，大多数固件都不会默认安装，亦需要通过opkg安装：

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opkg update
opkg install iptables-mod-u32

随后屏蔽学校的「共享提示」页面：

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iptables -I FORWARD -p tcp --sport 80 --tcp-flags ACK ACK -m string --algo bm --string "src=\"http://1.1.1." -j DROP
iptables -I FORWARD -p tcp --sport 80 --tcp-flags ACK ACK -m string --algo bm --string "value=\"http://18.20.18." -j DROP

在Openwrt防火墙的流量规则设置如下规则：

  • 源区域WAN，源地址1.1.1.3，目标区域设备，动作拒绝

  • 源区域WAN，源地址1.1.1.1，目标区域设备，动作拒绝

这些规则来源于校友的博客（找不到来源，可能已经关闭了）

# 意外封锁处理

前面提到学校会封一段时间的 MAC，想要重新上线就需要更换 MAC 地址重新上线。为此我写了一个 Shell 脚本：

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#!/bin/sh
DATE=$(date +%Y-%m-%d-%H:%M:%S)
interface=eth0
current_mac=$(ifconfig ${interface} | grep "HWaddr" | awk '{print$5}')
new_mac=$(dd if=/dev/random bs=1 count=3 2>/dev/null | hexdump -C | head -1 | cut -d' ' -f2- | awk '{ print "34:36:3b:"$1":"$2":"$3 }')
tries=0
while [[ $tries -lt 3 ]]; do
    if /bin/ping -c 1 223.5.5.5 >/dev/null; then
        echo --- exit ---
        exit 0
    fi
    tries=$((tries + 1))
done
echo ${DATE} block detected, replacing mac address >>watchdog.log
ifconfig down ${interface}
sleep 1
ifconfig ${interface} hw ether ${new_mac}
sleep 1
ifconfig up ${interface} 
echo ${DATE} old address ${current_mac} has been replaced with ${new_mac} >>watchdog.log

将这个脚本保存到路由器的 home 目录下（用vim粘贴保存以下就可以了），设置如下 Crontab 每分钟执行一次：

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* * * * * sh /root/net_watchdog.sh

路由器就会自每隔一分钟检测是否在线，如果掉线，则随机更换 MAC 地址并重新上线，日志将会记录在同目录下的watchdog.log中。

Shell自动检测是否掉线

# DNS 内网解析处理

接上路由器之后，校外资源可以正常访问，反倒是校内资源全都无法访问了。经排查发现是路由器下的设备无法解析出正确的 IP 地址，但路由器本身又没有问题。

暂时不清楚是什么原因导致的，但解决起来很简单，可以直接把已知的内网地址 dnsmasq，但我推荐安装 SmartDNS 来解决。

SmartDNS 的安装可以参考官方教程。

  • 开启 SmartDNS 并让其接管路由器的主 DNS
  • 设置 SmartDNS 上游为学校内网提供的 DNS，我校是10.255.255.25和10.255.255.26
  • 设置别的上游，可以参考这篇博客

这样设置下来，内网资源就可以正常访问了。

# 参考

  1. 这个配置会自动拒绝所有发往 80 端口的连接，对上网体验影响很大。 ↩︎

  2. 具体可以参考这篇论文 ↩︎

  3. 这个方法可行性比较低，没有已知的部署案例。 ↩︎

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