透明代理(TPROXY)

原来出过一篇透明代理的教程,但过了许久,V2Ray 也已经迭代了好多个版本。原来的教程依旧可以正常使用,但随着 V2Ray 的更新,V2Ray 推出了新的透明代理方式—— TPROXY,原来的叫 REDIRECT。最近测试了一下 TPROXY ,效果还不错,主观感觉比 REDIRECT 好。并且在本文的透明代理中,DNS 服务将由 V2Ray 提供。不过这种方式需要 iptables 的 TPROXY 模块支持,有一些阉割版的系统会精简掉 TPROXY 模块,这种系统是不适用于本文的。

普通家庭大多数是光纤入户接光猫调制解调,一个路由器的 WAN 口接光猫的 LAN 口,要上网的设备(如 PC 、电视盒子、手机)接路由器 LAN 口。本文的透明代理需要一台 Linux 主机接路由器 LAN 口,作为局域网中的网关,为其他接入局域网中的设备提供翻墙功能。这样的方式与我原来的透明代理教程是一样的,都是搭建在一个 Linux 主机上。这样可以透明代理的设备,有的人叫“透明网关”,也有的叫“旁路由”。我觉得这种不是很严肃的场合,叫什么都行,只要不妨碍理解。

很多设备都可以做透明网关,路由器、开发板、个人电脑、虚拟机和 Android 设备等。路由器可能比较特殊点,因为它本身就可以充当网关。上面可能说得太抽象,我就举些实际的,比如说树莓派、香橙派、用 PC 装的 Linux 虚拟机、淘宝的工控机(如 j1900)、NAS、电视盒子(如翻车迅)、你刚配的牙膏厂或农厂的电脑,这些都没问题。至于到底用什么?这得看需求,我觉得网络 200M 以下搞个高性能的类树莓派的 SBC 就够了,200M 以上就得考虑 X86 主机了(如今甚火的软路由)。当然,到底怎么选择还是得看自己。

本文假设你已经有一个设备(就以树莓派举例),将用来作网关(或说旁路由),并且已经安装好 Linux。关于系统,我更推荐 Debian 或 Debian 衍生版。为方面起见,本文均以 root 权限账户执行命令。并且有一台 PC 以便于操作。

设置网关

  1. 用网线将树莓派接入路由器 LAN 口,假设分给树莓派的 IP 是 192.168.1.22。
  2. 树莓派开启 IP 转发(需要开启 IP 转发才能作为网关)。命令为 echo net.ipv4.ip_forward=1 >> /etc/sysctl.conf && sysctl -p。执行后将出现 net.ipv4.ip_forward=1 的提示。
  3. 手动配置 PC 的网络,将默认网关指向树莓派的地址即 192.168.1.22。此时 PC 应当能正常上网(由于还没设置代理,“正常”是指可以上国内的网站)。

树莓派安装配置 V2Ray

  1. 安装 V2Ray。可以使用 V2Ray 提供的 go.sh 脚本安装,由于 GFW 会恶化对 GitHub 的访问,直接运行脚本几乎无法安装,建议先下载 V2Ray 的压缩包,然后用安装脚本通过 --local 参数进行安装。
  2. 配置 V2Ray。按照前文教程将 V2Ray 配置成客户端形式。然后执行 curl -so /dev/null -w "%{http_code}" google.com -x socks5://127.0.0.1:1080 确认 V2Ray 已经可以翻墙(命令中 socks5 指 inbound 协议为 socks,1080 指该 inbound 端口是 1080)。如果执行这个命令出现了 301 或 200 这类数字的话代表可以翻墙,如果长时间没反应或者是 000 的话说明不可以翻墙。

配置透明代理

为 V2Ray 配置透明代理的入站和 DNS 分流

以下是 V2Ray 透明代理的配置示例,配置文件之后有说明。

{
  "inbounds": [
    {
      "tag":"transparent",
      "port": 12345,
      "protocol": "dokodemo-door",
      "settings": {
        "network": "tcp,udp",
        "followRedirect": true
      },
      "sniffing": {
        "enabled": true,
        "destOverride": [
          "http",
          "tls"
        ]
      },
      "streamSettings": {
        "sockopt": {
          "tproxy": "tproxy" // 透明代理使用 TPROXY 方式
        }
      }
    },
    {
      "port": 1080, 
      "protocol": "socks", // 入口协议为 SOCKS 5
      "sniffing": {
        "enabled": true,
        "destOverride": ["http", "tls"]
      },
      "settings": {
        "auth": "noauth"
      }
    }
  ],
  "outbounds": [
    {
      "tag": "proxy",
      "protocol": "vmess", // 代理服务器
      "settings": {
        "vnext": [
          ...
        ]
      },
      "streamSettings": {
        "sockopt": {
          "mark": 255
        }
      },
      "mux": {
        "enabled": true
      }
    },
    {
      "tag": "direct",
      "protocol": "freedom",
      "settings": {
        "domainStrategy": "UseIP"
      },
      "streamSettings": {
        "sockopt": {
          "mark": 255
        }
      }      
    },
    {
      "tag": "block",
      "protocol": "blackhole",
      "settings": {
        "response": {
          "type": "http"
        }
      }
    },
    {
      "tag": "dns-out",
      "protocol": "dns",
      "streamSettings": {
        "sockopt": {
          "mark": 255
        }
      }  
    }
  ],
  "dns": {
    "servers": [
      "8.8.8.8", // 非中中国大陆域名使用 Google 的 DNS
      "1.1.1.1", // 非中中国大陆域名使用 Cloudflare 的 DNS(备用)
      "114.114.114.114", // 114 的 DNS (备用)
      {
        "address": "223.5.5.5", //中国大陆域名使用阿里的 DNS
        "port": 53,
        "domains": [
          "geosite:cn",
          "ntp.org",   // NTP 服务器
          "$myserver.address" // 此处改为你 VPS 的域名
        ]
      }
    ]
  },
  "routing": {
    "domainStrategy": "IPOnDemand",
    "rules": [
      { // 劫持 53 端口 UDP 流量,使用 V2Ray 的 DNS
        "type": "field",
        "inboundTag": [
          "transparent"
        ],
        "port": 53,
        "network": "udp",
        "outboundTag": "dns-out" 
      },    
      { // 直连 123 端口 UDP 流量(NTP 协议)
        "type": "field",
        "inboundTag": [
          "transparent"
        ],
        "port": 123,
        "network": "udp",
        "outboundTag": "direct" 
      },    
      {
        "type": "field", 
        "ip": [ 
          // 设置 DNS 配置中的国内 DNS 服务器地址直连,以达到 DNS 分流目的
          "223.5.5.5",
          "114.114.114.114"
        ],
        "outboundTag": "direct"
      },
      {
        "type": "field",
        "ip": [ 
          // 设置 DNS 配置中的国内 DNS 服务器地址走代理,以达到 DNS 分流目的
          "8.8.8.8",
          "1.1.1.1"
        ],
        "outboundTag": "proxy" // 改为你自己代理的出站 tag
      },
      { // 广告拦截
        "type": "field", 
        "domain": [
          "geosite:category-ads-all"
        ],
        "outboundTag": "block"
      },
      { // BT 流量直连
        "type": "field",
        "protocol":["bittorrent"], 
        "outboundTag": "direct"
      },
      { // 直连中国大陆主流网站 ip 和 保留 ip
        "type": "field", 
        "ip": [
          "geoip:private",
          "geoip:cn"
        ],
        "outboundTag": "direct"
      },
      { // 直连中国大陆主流网站域名
        "type": "field", 
        "domain": [
          "geosite:cn"
        ],
        "outboundTag": "direct"
      }
    ]
  }
}

以上是 V2Ray 透明代理的参考配置,关于配置有一些注意点及说明:

  • dokodemo-door 是用来接收透明代理的入站协议,followRedirect 项须为 true 以及 sockopt.tproxy 项须为 tproxy,建议开启 snifing,否则路由无法匹配域名;
  • 本节添加了 DNS 配置,用来对国内外域名进行 DNS 分流,需要 DNS 配置DNS 入站DNS 出站路由四者配合,在本例中 DNS 入站直接使用透明代理入站,可参考DNS 及其应用
  • 在 DNS 配置中,依次配置了 Google、Cloudflare、114 和阿里的 DNS,由于在阿里的 DNS 中指定了 domain,所以匹配的域名会用阿里的 DNS 查询,其他的先查询 Google 的 DNS,如果查不到的话再依次查 Cloudflare 及 114 的。所以达到了国内外域名 DNS 分流,以及 DNS 备用。要注意把 NTP 服务器和你自己 VPS 域名也加入到直连的 DNS ,否则会导致 V2Ray 无法与 VPS 正常连接;
  • DNS 配置只是说明哪些域名查哪个 DNS,至于哪个 DNS 走代理哪个 DNS 直连要在 routing 里设置规则;
  • routing 也要设置 123 端口的 UDP 流量直连,不然的话要是时间误差超出允许范围(90s),要使用 NTP 校准时间就要先连上代理,但是连代理又要确保时间准确,结果就是既连不上代理,也无法自动校准时间;
  • freedom 的出站设置 domainStrategy 为 UseIP,以避免直连时因为使用本机的 DNS 出现一些奇怪问题;
  • 注意要在所有的 outbound 加一个 255 的 mark,这个 mark 与下文 iptables 命令中 iptables -t mangle -A V2RAY_MASK -j RETURN -m mark --mark 0xff 配合,以直连 V2Ray 发出的流量(blackhole 可以不配置 mark)。

配置透明代理规则

执行下面的命令开启透明代理。由于使用了 TPROXY 方式的透明代理,所以 TCP 流量也是使用 mangle 表。以下命令中,以 # 开头的为注释。

# 设置策略路由
ip rule add fwmark 1 table 100 
ip route add local 0.0.0.0/0 dev lo table 100

# 代理局域网设备
iptables -t mangle -N V2RAY
iptables -t mangle -A V2RAY -d 127.0.0.1/32 -j RETURN
iptables -t mangle -A V2RAY -d 224.0.0.0/4 -j RETURN 
iptables -t mangle -A V2RAY -d 255.255.255.255/32 -j RETURN 
iptables -t mangle -A V2RAY -d 192.168.0.0/16 -p tcp -j RETURN # 直连局域网,避免 V2Ray 无法启动时无法连网关的 SSH,如果你配置的是其他网段(如 10.x.x.x 等),则修改成自己的
iptables -t mangle -A V2RAY -d 192.168.0.0/16 -p udp ! --dport 53 -j RETURN # 直连局域网,53 端口除外(因为要使用 V2Ray 的 
iptables -t mangle -A V2RAY -p udp -j TPROXY --on-port 12345 --tproxy-mark 1 # 给 UDP 打标记 1,转发至 12345 端口
iptables -t mangle -A V2RAY -p tcp -j TPROXY --on-port 12345 --tproxy-mark 1 # 给 TCP 打标记 1,转发至 12345 端口
iptables -t mangle -A PREROUTING -j V2RAY # 应用规则

# 代理网关本机
iptables -t mangle -N V2RAY_MASK 
iptables -t mangle -A V2RAY_MASK -d 224.0.0.0/4 -j RETURN 
iptables -t mangle -A V2RAY_MASK -d 255.255.255.255/32 -j RETURN 
iptables -t mangle -A V2RAY_MASK -d 192.168.0.0/16 -p tcp -j RETURN # 直连局域网
iptables -t mangle -A V2RAY_MASK -d 192.168.0.0/16 -p udp ! --dport 53 -j RETURN # 直连局域网,53 端口除外(因为要使用 V2Ray 的 DNS)
iptables -t mangle -A V2RAY_MASK -j RETURN -m mark --mark 0xff    # 直连 SO_MARK 为 0xff 的流量(0xff 是 16 进制数,数值上等同与上面V2Ray 配置的 255),此规则目的是避免代理本机(网关)流量出现回环问题
iptables -t mangle -A V2RAY_MASK -p udp -j MARK --set-mark 1   # 给 UDP 打标记,重路由
iptables -t mangle -A V2RAY_MASK -p tcp -j MARK --set-mark 1   # 给 TCP 打标记,重路由
iptables -t mangle -A OUTPUT -j V2RAY_MASK # 应用规则

执行了以上 ip 和 iptables 命令后,局域网同网段的设备以及网关本身就可以直接翻墙了。

关于 iptables 规则,比较容易理解,如果不太理解的话也可以 Google 搜索其他相关文章资料对比学习。在类 ss-redir 透明代理中,有两个观点非常深入人心:

1. UDP 只能 TPROXY
2. TPROXY 不能用于 OUTPUT 链

然后我们从这两个观点很容易得出一个推论:无法在提供透明代理的本机(即本例中的网关)上对 UDP 透明代理。 这个结论好像并没有什么问题,对吧?但实际上,在本例的配置中无论是 TCP 还是 UDP,都可以实现在本机上的透明代理,而且都是用 TPROXY。那好像又跟前面的结论矛盾了?其实关键在于这三句命令:

iptables -t mangle -A V2RAY_MASK -p udp -j MARK --set-mark 1
iptables -t mangle -A V2RAY_MASK -p tcp -j MARK --set-mark 1
iptables -t mangle -A OUTPUT -j V2RAY_MASK

这几句是说给 OUTPUT 链的 TCP 和 UDP 打个标记 1(OUTPUT 应用 V2RAY_MASK 链)。由于 Netfilter 的特性,在 OUTPUT 链打标记会使相应的包重路由到 PREROUTING 链上,在已经配置好了 PREROUTING 相关的透明代理的情况下,OUTPUT 链也可以透明代理了,也就是网关对自身的 UDP 流量透明代理自身(当然 TCP 也不在话下)。因为这是 netfilter 本身的特性,Shadowsocks 应该也可以用同样的方法对本机的 UDP 透明代理,但我没有实际测试过效果。

开机自动运行透明代理规则

由于策略路由以及 iptables 有重启会失效的特性,所以当测试配置没有问题之后,需要再弄个服务在开机时自动配置策略路由和 iptables,否则每次开机的时候就要手动来一遍了。

  1. 由于 iptables 命令有点多,所以先将 iptables 规则保存到 /etc/iptables/rules.v4 中。
mkdir -p /etc/iptables && iptables-save > /etc/iptables/rules.v4
  1. 在 /etc/systemd/system/ 目录下创建一个名为 tproxyrule.service 的文件,然后添加以下内容并保存。
[Unit]
Description=Tproxy rule
After=network.target
Wants=network.target

[Service]

Type=oneshot
#注意分号前后要有空格
ExecStart=/sbin/ip rule add fwmark 1 table 100 ; /sbin/ip route add local 0.0.0.0/0 dev lo table 100 ; /sbin/iptables-restore /etc/iptables/rules.v4

[Install]
WantedBy=multi-user.target
  1. 执行下面的命令使 tproxyrule.service 可以开机自动运行。
systemctl enable tproxyrule

其他

解决 too many open files 问题

对 UDP 透明代理比较容易出现”卡住“的情况,这个时候细心的朋友可能会发现日志中出现了非常多 "too many open files" 的语句,这主要是受到最大文件描述符数值的限制,把这个数值往大调就好了。设置步骤如下。

  1. 修改 /etc/systemd/system/v2ray.service 文件,在 [Service] 下加入 LimitNPROC=500LimitNOFILE=1000000,修改后的内容如下。
[Unit]
Description=V2Ray Service
After=network.target
Wants=network.target

[Service]
# This service runs as root. You may consider to run it as another user for security concerns.
# By uncommenting the following two lines, this service will run as user v2ray/v2ray.
# More discussion at https://github.com/v2ray/v2ray-core/issues/1011
# User=v2ray
# Group=v2ray
Type=simple
PIDFile=/run/v2ray.pid
ExecStart=/usr/bin/v2ray/v2ray -config /etc/v2ray/config.json
Restart=on-failure
# Don't restart in the case of configuration error
RestartPreventExitStatus=23
LimitNPROC=500
LimitNOFILE=1000000

[Install]
WantedBy=multi-user.target
  1. 执行 systemctl daemon-reload && systemctl restart v2ray 生效。

设定网关为静态 IP

最好给网关设成静态 IP,以免需要重启的时 IP 发生变化。如何设置请自行探究。 提示一下,如果你用 nmcli 命令设置静态 IP,最好先另外添加一个 connection 进行配置,配置好之后在切换到新添加的这个 connection 来。因为如果在原有的 connection 上直接修改成静态 IP 可能会导致无法透明代理

设定 DHCP

在路由器上设定 DHCP,将网关地址指向网关设备,在本文的举例中即为树莓派的 IP 192.168.1.22; DNS 随意,因为已经配置了劫持 53 端口的 UDP,当然填常规的 DNS 也更是没有问题的。

备注

  1. TPROXY 与 REDIRECT 是针对 TCP 而言的两种透明代理模式,两者的差异主要在于 TPROXY 可以透明代理 IPV6,而 REDIRECT 不行,本文主要是将透明代理模式改为 TPROXY 并且使用了 V2Ray 的 DNS。但我没有 IPV6 环境,无法进行测试,所以本文只适用于 IPV4。
  2. 据我了解,到目前(2019.10)为止,在我所知的具备透明代理功能的翻墙工具中,TCP 透明代理方式可以使用的 TPROXY 的只有 V2Ray。所以你要找其他资料参考的话,要注意透明代理方式,因为基本上都是 REDIRECT 模式的(包括 V2Ray 官网给的示例)。
  3. 在透明代理中,不要用 V2Ray 开放 53 端口做 DNS 服务器。如果这么做了,DNS 会出问题,这应该是个 BUG。(详情见此 Issue)
  4. 我用 NatTypeTester 测试过 NAT 类型,结果是 FullCone,但也看到有反馈说玩游戏依然是 PortRestrictedCone。我也不清楚是怎么回事,这点需要玩游戏的朋友来确认了。不过目前测试发现代理 QUIC 的效果还不不错的。 V2Ray 仍然不支持 FullCone,详情见此 Issue

参考资料

更新历史

  • 2019-10-19 初版
  • 2019-10-25 关于配置的说明
  • 2019-10-26 改善 DNS 配置
  • 2019-10-27 改进
  • 2019-10-28 解释重路由