一. 初衷

先说说自己搭建VPN的初衷，作为一个社畜在上海栖息之地是一间合租的卧室，房间虽小也抑制不住自己爱折腾的毛病，前不久自己在网上淘了一个M72主机，这个主机挺适合在家里当一个服务器，主要是因为它是I3处理功耗相对较低还是X86架构，相比用树莓派当服务器，不仅算力更强软件兼容性以及硬件可扩展性也更好。

因为日常开发学习过程中不免需要安装一些中间件应用，阿里云上可怜的2G内存显然是不允许我这样的操作（主要是财力不足）。没办法我只能将大部分应用部署在家庭内网服务器上。我给M72设置了一个固定的局域网IP，平常在家连接服务器会非常方便，但是一旦遇到外出的情况，家庭内网的服务器就完全访问不到了。

问题总归是要解决的，在Google上遨游了一番决定搭建一个内网穿透服务器，将家庭服务器的端口映射到公网服务器的某一个端口上。只要我访问公网服务器的这个端口，公网服务器就会把数据包转发到内网服务器上来。

网上的内网穿透方案非常多（frp，ngrok），最终选择了带WEB界面的 NPS，内网穿透的基本效果如下（至于内网穿透如何解决NAT网络模式下无法直接请求内网服务器的问题我们抽时间再谈）：

配置好内网穿透后，你的公网服务器可以看做你内网服务器的一个傀儡，用户请求到公网服务器特定端口的请求会根据配置规则全量转发至你内网服务器。走到这里基本解决了出门在外连接内网服务器的问题了。

但是这样做也带了一些问题：

  1. 内网穿透相当于将内网服务器特定端口暴露给公网了，这带来一些安全问题，这使得我不得不给相应的应用加上访问控制。虽然可以通过云服务商提供的VPC网络IP白名单来进行全局的访问控制，但是这会导致公有服务器正常的WEB服务不可用。实际上这一点倒不是最关键的，毕竟我仅仅将它们用作测试，安全性并不是首要考虑的。
  2. 每安装一个应用我都需要配置NPS以实现更多的端口映射，这对我来说太麻烦了
  3. 在家庭网络环境下为了网络性能我会直接使用内网IP作为连接配置，但是在外部网络环境下，我不得不将所有内网IP配置全部切换为公有服务器的IP，这对我来说也很麻烦

内网穿透显然并不能很好满足我的应用场景，最后不得不考虑搭建一个VPN，通过VPN我们可以将一台客户端设备和家庭入口（带公网IP）主机之间创建一个虚拟局域网，这样只要连接上VPN的主机都会分配一个虚拟局域网的IP地址，这样通过这个IP地址我们能够很方便的连接家庭局域网中的设备：

在上面的拓扑图中，58.47.157.27安装了VPN服务端，它会创建一个10.0.0.0/24网段的虚拟网络，当客户机通过VPN Client连接到VPN Server后，服务器会为它分配一个虚拟IP（10.0.0.3），这样VPN客户端和VPN服务端就处于一个虚拟局域网中了。

二. 问题

上面的拓扑图看似美好，但是以目前网路环境来说，家庭网络是很难分配固定公网IP，处于Internet网络下的设备无法通过IP地址直接连接到局域网主机：

这时就需要借助拥有公网IP的云服务器做一个桥梁，将内网中的端口映射至外网中。例如将192.168.0.10:1931映射到47.11.11.2:1931公网服务器上，这样我们只需要与47.11.11.2:1931通信，云服务器就会将请求转发至内网的192.168.0.10:1931端口上，这个过程就是通常所说的内网穿透：

这样我们通过公网服务器的桥接就能成功连上OpenVPN服务器了，需要注意的是公网服务器并不在我们搭建的VPN网络中，它只是单存的作为一个数据包转发的服务器，并没有进入我们的VPN网络。换句话说一上面的网络拓扑结构，在公网服务器执行ping 192.168.0.10是无响应的。

三. 环境

了解完基本网络结构，我们就要开始实际搭建VPN网络了，在整个搭建过程中实际涉及三台机器：家庭内网服务器、公有云服务器（带公网IP）、Windows客户端机器。

其中家庭服务器使用CentOS8系统，由于本文重点讲解OpenVPN的搭建，内网穿透服务的搭建请大家自行参考NPS 。

四. 搭建

4.1 生成证书

在生成证书之前我们需要下载EasyRSA工具：Releases · OpenVPN/easy-rsa-old (github.com)

为了防止链接失效，我Fork了一份到自己的仓库：bigcoder84/easy-rsa-old

第一步：解压easy-rsa-old-2.3.3.zip

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unzip -d ./ easy-rsa-old-2.3.3.zip
cd easy-rsa-old-2.3.3/easy-rsa/2.0/

最终会得到下列文件：

第二步：配置vars文件

根据情况，修改vars文件下列属性，这些属性并没有任何实际意义，大家随便填即可：

最后两行的KEY_EMAIL字段我们需要删除第二行的内容，不然第二行会覆盖上面的内容。

修改完成后执行：

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source vars #使刚刚设置的环境变量生效

执行后会有下列提示：

然后再执行：

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./clean-all

执行完成后就会在当前目录下生成一个keys文件夹，后面生成的证书都会输出到这个文件夹中。

第四步：生成根证书

执行下列命令，一路回车即可

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./build-ca

执行该命令可能会报下列错误：

这是因为它在当前目录下找不到openssl.cnf导致的，我们复制一份openssl-1.0.0.cnf即可：

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cp openssl-1.0.0.cnf openssl.cnf

最后会在keys目录下生成下列文件：

  • ca.crt：根证书
  • ca.key：根密钥

第五步：生成服务端证书

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[root@CentOS-Server 2.0] ./build-key-server server
....
An optional company name []:
Using configuration from /usr/local/easy-rsa-old-master/easy-rsa/2.0/openssl-1.0.0.cnf
Check that the request matches the signature
Signature ok
The Subject's Distinguished Name is as follows
countryName           :PRINTABLE:'cn'
stateOrProvinceName   :PRINTABLE:'BJ'
localityName          :PRINTABLE:'BJ'
organizationName      :PRINTABLE:'abcdocker'
organizationalUnitName:PRINTABLE:'abc'
commonName            :PRINTABLE:'abc'
name                  :PRINTABLE:'abc'
emailAddress          :IA5STRING:'cyh@i4t.com'
Certificate is to be certified until Jan 31 14:01:35 2030 GMT (3650 days)
Sign the certificate? [y/n]:y
 
 
1 out of 1 certificate requests certified, commit? [y/n]y
Write out database with 1 new entries
Data Base Updated
 
#这里的server就是我们server端的证书

一路回车，注意最后两步需要输入y，生成完成后会在keys目录生成下列文件：

  • server.crt：服务端证书
  • server.key：服务端密钥

第六步：生成客户端证书

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./build-key client

同样一路回车，最后两步输入y，生成完成后会在keys目录下生成下列文件：

  • client.crt：客户端证书
  • client.key：客户端密钥

第七步：生成密钥交换文件

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[root@CentOS-Server 2.0] ./build-dh 
Generating DH parameters, 2048 bit long safe prime, generator 2
This is going to take a long time
......................................+.............................................+...............................................................................+..............................+.....................+.........................................++*++*++*++*

该命令会生成一个名为dh2048.pem的文件

4.2 配置OpenVPN服务端

第一步：安装OpenVPN

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yum install -y openvpn

第二步：在/etc/openvpn下创建keys目录

由于我们有很多证书文件，为了方便管理，我们创建一个文件夹将证书文件全部放进去，方便管理

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mkdir /etc/openvpn/keys #yum安装会默认创建/etc/openvpn目录

第三步：将证书拷贝至/etc/openvpn/keys目录

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cp {ca.crt,server.crt,server.key,dh2048.pem} /etc/openvpn/keys/

我们需要将keys目录下的ca.crt、server.crt、server.key、dh2048.pem文件拷贝至/etc/openvpn/keys目录。

第四步：创建配置文件

将OpenVPN安装时产生的证书模板文件拷贝至/etc/openvpn/

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cp /usr/share/doc/openvpn/sample/sample-config-files/server.conf /etc/openvpn/

第五步：修改server.conf

  1. 修改证书文件位置：

  1. 修改虚拟网段地址（可不改）
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server 10.8.0.0 255.255.255.0 -> server 10.0.0.0 255.255.255.0
  1. 配置转发规则

新增两行

  1. 修改拒绝服务攻击证书

  1. 修改加密模式
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cipher AES-256-CBC -> cipher AES-256-GCM

第六步：启用路由转发功能

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echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf
sysctl -p

第七步：创建拒绝服务证书

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cd /etc/openvpn/keys/
openvpn --genkey --secret ta.key

第八部：启动OpenVPN

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cd /etc/openvpn/
openvpn --daemon --config server.conf

执行完成后，我们使用netstat来看看启动是否成功;

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netstat -lntup | grep 1194

启动成功后，我们通过ip addr命令可以看到，VPN服务器生成了一个虚拟网卡，并分配了10.0.0.0/24网段的IP地址：

4.3 配置OpenVPN客户端

第一步：准备客户端证书

  • 客户端证书：client.key、client.crt、ca.crt、/etc/openvpn/keys/ta.key
  • 客户端配置文件：/usr/share/doc/openvpn/sample/sample-config-files/client.conf

将上述文件下载到Windows机器上。

第二步：修改客户端配置文件

修改刚刚从服务器上复制下来的client.conf文件

  1. 修改加密模式
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cipher AES-256-CBC -> cipher AES-256-GCM
  1. 设置OpenVPN服务器地址

第三步：修改client.conf文件后缀

将client.conf修改为client.ovpn

第四步：安装OpenVPN客户端

OpenVPN Client Connect For Windows | OpenVPN

直接下一步就行，不需要任何额外操作（3.2.3.1851版本）

第五步：导入client.ovpn

需要注意的是，刚刚导出的文件需要在同一文件夹中，因为client.ovpn配置的证书的位置都是当前文件夹，导入client.ovpn后会自动导入依赖的证书文件。

导入完成后点击连接，成功连接后就表明VPN已经完成搭建，可以看到OpenVPN Server给当前机器分配了一个10.0.0.6的虚拟地址：

如果连接不上，请查看IP地址和端口是否配置正确，以及OpenVPN Server防火墙（UDP）端口是否打开。

本文涉及到的软件包：

链接：https://pan.baidu.com/s/1Tc4brudRbi-oAg4QpMZr2Q
提取码：ydk4
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