こんにちは、ソラコムのテクノロジー・エバンジェリスト松下（ニックネーム: Max）です。
Raspberry Pi（以下、ラズパイ）を Wi-Fi アクセスポイント化することは、IoT のエッジコンピューティングの開発や通信計測の現場でよくあるケースです。
過去にもラズパイの Wi-Fi アクセスポイント化（ブリッジパターン・NAPT パターン）を紹介しましたが、Raspberry Pi OS の 12（bookworm 以降）ではネットワーク管理が systemd ベースになっており、より簡素にできるようになりました。
本記事では、ラズパイの Wi-Fi アクセスポイント化を「ブリッジ（L2）」と「NAPT（L3）」の２パターンを解説します。
全体構成：パターンの選択
２つのパターンにおいて共通の構成としては、ラズパイの Wi-Fi をアクセスポイントとし、インターネットへの出口（バックホール）は有線 LAN とします。また、ネットワーク管理は NetworkManager ではなく systemd-networkd を利用します。その上で、用途に合わせて以下のいずれかの構成を選択します。
1. ブリッジパターン（L2ブリッジ）
有線LAN（eth0）とWi-Fi（wlan0）を仮想ブリッジ（br0）で結合します。
- メリット: Wi-Fi 端末が上位ルーターから直接 IP アドレス を取得するため、既存ネットワークと同じセグメントで通信可能。
- デメリット: 接続端末毎に IP アドレスが必要。
2. NAPTパターン（L3ルーター）
ラズパイをルーターとして動作させ、eth0 と wlan0 を別セグメントにします。
- メリット: Wi-Fi 側のネットワークを独立させることができ、上位ネットワーク側の IP アドレス消費が１つで済む。
- デメリット: 二重ルーター構成になる。
構築手順
Raspberry Pi 自体のインストールやセットアップは割愛します。
設定作業はラズパイ本体自体で行うのがよいでしょう。作業中の設定変更やミスでネットワークが切断される可能性があるからです。リモートから行う場合は有線 LAN 経由を強くおすすめします（Raspberry Pi Imager での書き込み時に Wi-Fi 設定を入れなければ Wi-Fi は使われません）。
共通手順：不要サービスの停止とインターフェース確認
NetworkManager の干渉を防ぎ、不要なサービスを停止します。
cat << _EOT_ | sudo tee /etc/NetworkManager/conf.d/99-unmanaged-devices.conf [keyfile] unmanaged-devices=interface-name:eth0;interface-name:wlan0;interface-name:br0 _EOT_ sudo systemctl restart NetworkManager sudo systemctl mask wpa_supplicant sudo systemctl disable --now dhcpcd
NetworkManager に、管理対象外のネットワークインターフェースを指定して、再読み込みします。さらに、wpa_supplicant と dhcpcd を停止しておきます（dhcpcd はインストールされていない場合もあるため失敗する可能性もありますが無視してかまいません）。
ネットワークインターフェースの確認コマンドは networkctl(8) の status サブコマンドです。都度使っていきましょう。
$ networkctl status eth0
...(略)...
Address: 192.168.4.118 (DHCPv4 via 192.168.4.254)
fd24:9eed:b2cd:4a67:ba27:ebff:fee6:bf8c
fe80::ba27:ebff:fee6:bf8c
...(略)...
Jan 11 13:58:37 hostapd systemd-networkd[1883]: eth0: Found matching .network file, based on potentially unpredictable interface nam>
Jan 11 13:58:37 hostapd systemd-networkd[1883]: eth0: Configuring with /etc/systemd/network/10-eth0.network.
Jan 11 13:58:37 hostapd systemd-networkd[1883]: eth0: DHCPv4 address 192.168.4.118/24, gateway 192.168.4.254 acquired from 192.168.4>
Jan 11 14:00:36 hostapd systemd-networkd[1922]: eth0: Link UP
ここからは採用パターンによって分岐します。
ブリッジパターン（L2ブリッジ）
eth0 と wlan0 を接続する br0 を作成と、eth0 を br0 に参加させます。なお、この時点では wlan0 は br0 に参加させる設定はしません。wlan0 を br0 に参加させるのは、後述の hostapd です。
cat << _EOT_ | sudo tee /etc/systemd/network/10-br0.netdev [NetDev] Name=br0 Kind=bridge _EOT_ cat << _EOT_ | sudo tee /etc/systemd/network/10-br0.network [Match] Name=br0 [Network] DHCP=yes ConfigureWithoutCarrier=yes _EOT_ cat << _EOT_ | sudo tee /etc/systemd/network/10-eth0.network [Match] Name=eth0 [Network] Bridge=br0 _EOT_ sudo systemctl enable systemd-networkd sudo systemctl restart systemd-networkd
sudo systemctl restart systemd-networkd の直後、 eth0 への割り当て IP アドレスが解放されて br0 に IP アドレスが割り当てとなります。DHCP 環境の場合はアドレス変更となる可能性があるため、その場合は SSH 接続が切れます。リモートからのセットアップ時には特に気を付けてください。
ブリッジの確認は bridge(8) の link サブコマンドでできます。
$ bridge link show master br0 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 master br0 state forwarding priority 32 cost 19
手順のポイント
10-br0.network の ConfigureWithoutCarrier=yes は必須です。これを忘れると再起動時に br0 が作られず、ネットワーク接続ができなくなる可能性があるからです。ブリッジのデフォルト挙動が eth0 の準備完了（例えば IP アドレス取得）後に br0 が立ち上がるのですが、eth0 は br0 内なので DHCP=yes にしてたりすると eth0 の準備が完了せず、 br0 が立ち上がらないためです。
br0 を固定 IP アドレスにしたければ 10-br0.network の [Network] を以下のようにします。その際も ConfigureWithoutCarrier=yes にすることをおすすめします。
[Network] DHCP=no Address=192.168.1.100/24 Gateway=192.168.1.1 DNS=192.168.1.1 DNS=8.8.8.8 ConfigureWithoutCarrier=yes
ブリッジパターンの設定は以上です。引き続き hostapd の設定をします。
NAPTパターン（L3ルーター）
eth0 と wlan0 の設定を行います。
cat << _EOT_ | sudo tee /etc/systemd/network/10-wlan0.network [Match] Name=wlan0 [Network] Address=192.168.200.1/24 DHCPServer=yes IPMasquerade=ipv4 [DHCPServer] DNS=8.8.8.8 DNS=1.1.1.1 _EOT_ cat << _EOT_ | sudo tee /etc/systemd/network/10-eth0.network [Match] Name=eth0 [Network] DHCP=yes IPForward=yes _EOT_ sudo systemctl enable systemd-networkd sudo systemctl restart systemd-networkd
確認は networkctl(8) で行えます。
手順のポイント
DHCP サーバーは systemd-networkd 内蔵のサーバーを利用します。配布 DNS サーバーアドレスは手書きしています。例のように DNS= は複数指定可能です。eth0 が持ってる DNS サーバーアドレスを使いたいなら systemd-resolved を使うようにしてください（ここでは割愛します）。
10-eth0.network の IPForward=yes は必須です。これを設定するとカーネルパラメーターの net.ipv4.ip_forward を 1（= 転送可）にしてくれます。sysctl(8) の手動実行は不要です。
eth0 の IP アドレスを固定化したいときは、ブリッジパターンで紹介している 10-br0.network を参考に 10-eth0.network の [Network] を記載してください。その際 IPForward=yes を必ず入れるようにしましょう。
共通手順：hostapd
Wi-Fi アクセスポイントとなる hostapd のインストールから設定手順です。この設定で
- SSID=
traffic_monitoring0 - WPA2-PSK/パスフレーズ=
TrafficMonitor0
というアクセスポイントが立ち上がります。
なお、これはブリッジパターンの時の設定です。NAPT パターンの場合は後述の「NAPT パターン時の hostapd.conf 設定ポイント」をご覧ください。
sudo apt install -y hostapd cat << _EOT_ | sudo tee /etc/hostapd/hostapd.conf ssid=traffic_monitoring0 wpa_passphrase=TrafficMonitor0 channel=3 interface=wlan0 bridge=br0 driver=nl80211 hw_mode=g ieee80211n=1 country_code=JP wpa=2 wpa_key_mgmt=WPA-PSK wpa_pairwise=CCMP rsn_pairwise=CCMP _EOT_ sudo chmod 600 /etc/hostapd/hostapd.conf sudo systemctl unmask hostapd cat << _EOT_ | sudo SYSTEMD_EDITOR=tee systemctl edit hostapd.service [Unit] BindsTo=sys-subsystem-net-devices-wlan0.device [Service] ExecStartPre=/usr/sbin/rfkill unblock wlan _EOT_ sudo systemctl enable hostapd.service sudo systemctl start hostapd.service
ブリッジパターンであれば bridge(8) で br0 に eth0 と wlan0 が参加しているのがわかります。
$ bridge link show master br0 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 master br0 state forwarding priority 32 cost 19 3: wlan0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 master br0 state forwarding priority 32 cost 100
NAPT パターン時の hostapd.conf 設定ポイント
NAPT パターンでは hostapd.conf の中の bridge=br0 という行を削除してください。それ以外はブリッジパターンと共通です。書いてある場合、hostapd の起動に失敗します。hostapd.conf の当該行を削除してから sudo systemctl restart hostapd として hostapd を再起動してください。
手順のポイント
hostapd.conf の設定項目はこちらを見るのがよいでしょう。
wpa_passphrase は平文です。 wpa_passphrase(8) コマンドで難読化（暗号化ではない）できますが、あくまで難読化です。まずは sudo chmod 600 /etc/hostapd/hostapd.conf といった基礎をやっておきましょう。
hostapd.service で hostapd 起動前に rfkill(8) を rfkill unblock wlan と実行するようにしています。これを忘れると Wi-Fi インターフェースが使えない場合があります。必ず実行するようにしましょう。また、wlan0 の存在に紐づいて hostapd が起動するようにしています（linkのup/downではないので注意）。
トラフィック計測
ブリッジパターン、もしくは NAPT パターンによるアクセスポイント化ができれば eth0 と wlan0 を対象にトラフィック計測ができるようになります。
pmacct による流量計測
pmacct はトラフィック計測ソフトウェアです。例えば以下のようにすると、Wi-Fiアクセスポイントとして構成されている wlan0 インターフェースを通過したトラフィック(通信量)を計測できます。
sudo apt install -y pmacct sudo pmacctd -P print -r 10 -i wlan0 -c src_host,dst_host,dst_port
10秒毎に、以下のように画面へ出力されます。
SRC_IP DST_IP DST_PORT PACKETS BYTES 192.168.4.107 255.255.255.255 9478 1 68 192.168.4.200 224.0.0.251 5353 2 178 192.168.4.107 224.0.0.251 5353 7 3803 fe80::ea2e:8f0:f386:7b10 ff02::fb 5353 7 3943 192.168.4.117 224.0.0.22 0 3 120 fe80::4ee:fcff:fe38:f427 ff02::16 0 3 228 192.168.4.117 224.0.0.251 5353 4 536 fe80::4ee:fcff:fe38:f427 ff02::fb 5353 4 616
ここでは単純に画面に表示するようにしましたが、pmacct は SQLite といった DB 保存もサポートしています。詳細はトラフィック計測ツール “pmacct” の結果をSQLiteに保存するをご覧ください。
tcpdump/Wireshark でトラフィックを確認する
トラフィックの確認なら tcpdump(8) でパケットを取得し、Wireshark といったツールで見るというのが良いでしょう。ラズパイ上で以下のように tcpdump を実行して pcap ファイルを作成します。
sudo tcpdump -i wlan0 -s 0 -n -w packet.pcap # 終了は CTRL+C
得られた pcap ファイルを Wireshark で開くと、以下のように確認できます。
セルラー通信側のトラフィック確認なら「SORACOM Peek」
ここではWi-Fiデバイスのトラフィックをラズパイ上で計測する方法を紹介しました。
IoTにおいては、Wi-Fi以外にもLTEや5Gといったセルラー通信も利用されます。その場合は、SORACOMプラットフォーム上でIPパケットをキャプチャできる「SORACOM Peek(ピーク)」をご利用ください。
SORACOM PeekはSIM(=通信回線)単位、もしくはVPG(=ネットワーク)単位でキャプチャができ、そのフォーマットは pcap 形式であるため、先ほど紹介したWiresharkで解析できます。
詳細はオンデマンドパケットキャプチャ「SORACOM Peek」をご覧ください。
まとめ
Raspberry Pi OS（12 / bookworm 以降）における、Wi-Fi アクセスポイント構築手順と、トラフィック計測について紹介しました。systemd を使うことでより簡潔になります。しかし、再起動時にも安全に起動するテクニックは試してみないとわからない部分が多いため、 Tips として共有しました。
トラフィックが見えることで開発が進みやすかったり、またトラブル解消につながります。このような環境を持っておくことで安定的なIoTシステム構築ができるのではないでしょうか。
― ソラコム松下 (Max)