Daniel's Blog
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是的,你没有看错,还是这个主题。我也没什么办法,因为实在是不完美啊!比如:

  • 腾讯会议、QQ 电话等类似软件断流
  • 网易云音乐断流
  • ……

为了解决这些问题,我辗转反侧的思考,日夜不停的实验,在树莓派和 J1900 之间反复横跳,安装 OpenWrt,使用 Redirect 代替 TProxy,更换不同的 DNS 查询思路,调试 V2Ray 配置等等。直到今天(真实情况是几天前),我又重新装回了亲切的 Ubuntu 20.04,趁机记录一下过程以及一些零碎的思考。

仅以此文,作为大半年来所学知识与亲手实践之总结。

1. OpenWrt VS Ubuntu,哪一个更好用?

我不知道。😂

从表面上来说,作为路由器系统,OpenWrt 明显更占优势,相对于文本界面更易接受的网页后台,以及丰富的生态,使其广受好评。但另一方面,也许它也只能作为“路由器系统”了,或者说更适合在主路由上面使用,但对于旁路由和 x86 平台,反而有点鸡肋了,再加上个人觉得有时候命令行更加简洁好用,包括我在 OpenWrt 配置 V2Ray 时候都是直接使用 V2Ray-Core,而不是 LuCI 界面上的那种。反正我是各种用不惯,感觉和普通的 Linux 发行版差距太大,这就是我换回 Ubuntu 的原因。

那为什么我之前还要选择装 OpenWrt 呢?那就是内核优化的原因。考虑到它是专门适配路由器的,所以在内核的网络优化上或许和普通系统有些许不同,实际体验中也能感受到一些提升。但是毕竟没有明确的证据,网上也找不到非常有力的说法,自己水平不够,看不懂各种参数、源码,所以综合考虑后,还是换了回去。

2. DNS 服务器的选择

DNS,即 Domain Name System 是当今互联网的基础,DNS 服务器的正确配置十分重要,轻则拖慢上网速度,重则导致无法正常访问网络。

局域网 DNS 服务器的选择

在之前的文章中,我选择了监听 53 端口,使用 Telescope DNS 作为服务器。不过如果看过白话文教程中的配置,就会发现,那种思路和我的思路不同。设白话文教程中的配置为 A 方式,我的配置为 B 方式,我们探讨一下他们的异同点。它们的流程看起来并不复杂,仔细分析后却觉得非常有趣。

首先是 A 方式,它的思路是将 DNS 查询的流量与其他流量放到一起,然后进入 V2Ray 的路由模块中将 DNS 查询流量(53 端口的 UDP 流量)分离出来,转向 DNS 出站协议,然后交给 V2Ray 内置 DNS 服务器进行处理,最后返回查询结果。而 B 方式的思路是通过外部程序(相对于 V2Ray 透明代理的外部)开放 53 端口建立 DNS 服务器进行查询。

这就是为何在 A 方式 iptables 的配置中有 -d 192.168.0.0/16 -p udp ! --dport 53 -j RETURN 的指令。“RETURN” 在这里的意思就是直连到旁路由并转发到主路由,而不经过 V2Ray 进行透明代理;“-d”后面加的是局域网 IP,如果到此为止的话其实功能基本正常,前提是将客户端的 DNS 服务器地址设为局域网地址以外的 IP 地址,原因就在于 DNS 查询流量需要和其他流量一起进入 V2Ray,然后再路由模块中被抽出进行查询以避免 DNS 污染,然而此时的 iptables 规则却将 DNS 查询流量直接发了出去(当然是在客户端 DNS 地址为局域网地址的情况下),显然达不到目的,所以加上后面的“-p udp ! --dport 53”也就是排除 53 端口 UDP 流量直连规则后,DNS 劫持可以做到基本完美了。而这,就是 A 方式的有趣点。

其实,在 A 方式与 B 方式之间还存在着另一种方案,即使用 V2Ray 入站任意门协议监听 53 端口成为 DNS 查询服务器。这种方式与 B 方式同样监听 53 端口,但不需要额外的程序,且 DNS 查询方式与 A 方式一样都是通过 V2Ray 路由转发到 DNS 出站协议,并调用内置 DNS 服务器进行查询。这种方式的有趣点主要在于入站和出站的两个协议上。

在考虑这个问题时,我曾在 V2Ray 的讨论区发过一个 issue,正是因为在其中和他人的交流,让我终于领悟了这个方案的原理和妙处。

Dokodemo door(任意门)是一个入站数据协议,它可以监听一个本地端口,并把所有进入此端口的数据发送至指定服务器的一个端口,从而达到端口映射的效果。[1]

{
 "address": "8.8.8.8",
 "port": 53,
 "network": "tcp",
 "timeout": 0,
 "followRedirect": false,
 "userLevel": 0
}

抛开 networktimeoutuserLevel 几个较容易理解的配置项,来谈谈 followRedirectaddress(以及 port)。在透明代理的配置中,我们通过 Dokodemo-door 接受数据,流入 V2Ray 进行下一步处理,那时我们将 followRedirect 设为 true,按字面意思理解,就是将数据包重定向而不变换地址,此选项必须与透明代理联动,开启时 address 无效。这样看上去很合理,然而到了做 DNS 服务器的时候,一切都变了。此时必须指定地址和端口,否则会出现错误。所以这个地方,必须指定一个 DNS 服务器,而且是没有被污染的国外 DNS 服务器为佳。为什么呢?我们接着往下看。

之后根据路由的设定,流量会被转到 DNS 出站协议。

DNS 是一个出站协议,主要用于拦截和转发 DNS 查询。此出站协议只能接收 DNS 流量(包含基于 UDP 和 TCP 协议的查询),其它类型的流量会导致错误。[2]

在处理 DNS 查询时,此出站协议会将 IP 查询(即 A 和 AAAA)转发给内置的 DNS 服务器。其它类型的查询流量将被转发至它们原本的目标地址。

{
    "network": "tcp",
    "address": "1.1.1.1",
    "port": 53
}

加粗的一句话道出了此协议的本质,DNS 出站协议的特点就在于一个自动化。V2Ray 内置的 DNS 服务器功能简单,只支持 A/AAAA 记录查询,所以流量在被导向 DNS 出站协议后会进行自动过滤,首先为防止导入错误流量,先把不是 DNS 查询的流量过滤出去,之后只将能查询的 DNS 流量导入内置 DNS 服务器中进行查询,其他流量正常出去。不过出去到哪里呢?当然是在 Dokodemo-door 中配置好的地址和端口了,所以这就是为什么建议配置无污染的 DNS 服务器。不过你也可以在 DNS 出站协议中配置 DNS 服务器地址,但显然这种二次配置没有太大意义。

到这里好像一切都结束,然而还两个问题仍待解决。

  1. 分流

A/AAAA 记录进入内置 DNS 服务器可以被正确的分流进行查询,然而由于 DNS 协议是出站协议,无法进入路由模块,而且只能配置一个地址,所以其余的 DNS 记录既无法做到 DNS 分流,出站后也无法走代理,也就是会被劫持并污染。这个问题的解决方案就是代理 DNS 出站协议(如下),至于如何做到 DNS 分流?对不起,无法做到,请换方案。😏

{
    "protocol": "dns",
    "tag": "dns-out",
    "proxySettings": {
        "tag": "VMess 或其他通向服务端的出站协议的标识"
    }
}
  1. UDP 建立连接时绑定源地址失败

这个问题的体现在于,如果设备上某一 UDP 端口已被监听,无论是 V2Ray 还是其他软件监听,都会导致透明代理时访问同一端口的 UDP 服务时出错,日志中会出现 failed to bind source address to [x x x x] > address already in use 字样的错误。此错误属于 V2Ray 内部问题,暂时无解(除非您是大佬)。详情请见:Report for ' failed to bind source address > address already in use' when using tproxy · Issue #68 · v2fly/v2ray-core

以上很多内容其实都可以在新白话文教程的 DNS 服务器篇找到,我不过是用我自己的语言加上一点点的理解写下这些文字。最后放一张表格,供大家参考。

类型优点缺点
V2Ray 内部分离 DNS无需其他软件;无需监听端口;客户端 DNS 服务器地址可为任意dig 及类似指令无法正常使用;可扩展性低;A/AAAA 以外的 DNS 记录无法分流、缓存;Netfilter 配置略复杂
V2Ray DNS 服务器无需其他软件存在 UDP 方面的 bug;可扩展性低;A/AAAA 以外的 DNS 记录无法分流、缓存;V2Ray 配置略复杂
外部 DNS 服务器独立于 V2Ray,即使 V2Ray 不可用也可正常工作;可扩展性高需要额外软件

公网 DNS 服务器的选择

公共 DNS 服务器的选择很大一部分参考了苏卡卡的文章:如何选择适合的公共 DNS? [2020] | Sukka's Blog

国内 DNS 服务器选择方面比较简单,速度快 + 可靠即可。不过这个“快”就要从两方面来说了,一方面是 DNS 查询速度,这个速度其实对体验影响不到,因为不过是几十毫秒;第二方面则是查找到的 IP 与你所在地域以及运营商之间的关系,小网站单 IP 直接连接还好说,但如果有 CDN 就不同了。理论上,ISP 给你分配的 DNS 服务器对于 CDN 是最友好的,访问时会连接到与你最近的服务器,然而口碑实在太差,天天各种污染劫持谁受的了?所以自然选择了公共 DNS 服务器。后来出了一种名为 ECS 的东西,简单来说它可以缓解前面说的问题,然而考虑到隐私、ECS 的缺点[3]、DNS 服务商太懒以及我太懒,爱慢就慢吧。

国外 DNS 服务器同理,想要 CDN 友好的话,要么 ECS 设置为 V2Ray 服务端的 IP,要么远程解析 DNS,当然,我还是选择本地直接发起解析请求。选择方面,除了上面国内 DNS 服务器选择中说的两点,更重要的是纯净。一是服务器本身的纯净,国内一众 DNS 服务器,包括一开始我试用的红鱼 DNS,即使在使用 DoH、DoT 解析的情况下得到的结果仍是污染的,甚至得不到结果,所以自然要选择国外 DNS 服务器了;二是解析过程中的纯净,牢记:即使得不到也不要被污染的结果!既然决定即使是代理查询流量以规避污染的方法也不使用,那么传统 UDP 解析直接排除,是的,为了保证正确的结果,即使是非标准 53 端口的查询也不允许。之后就是 TCP 解析了,经过测试,在我这里,Google 的 8.8.4.4 和 OpenDNS 的 208.67.222.222 都可连通,且有不错的速度,尤其值得一提的是,后者支持 5353443(不是 DoH)端口的查询。不过虽然 TCP 不会被污染,但是会被重置连接而无法得到结果,所以为了保险起见,我又添加了 Showfom 大佬的 DoH:https://doh.dns.sb/dns-query。根据 Telescope DNS 的并发请求功能和故障转移机制,可以相对快速的得到有效的返回结果。

服务器选好了,还有一个问题就是分流。以外的方案都是按域名分流,筛选国内域名使用国内 DNS 服务器解析,其余域名使用国外 DNS 服务器解析。然而这样做的缺点很多,首先就是需要维护一个域名列表,而域名背后指向的 IP 却不是一成不变的,所以需要经常更新;其次域名的地域性较低,国内域名可能使用的是国外服务器,而国外域名可能通过 GeoIP 解析到国内地址,再加上 CDN 的干扰,其实效果并不理想。也是因为 Telescope DNS 本身的设计和一篇 issue 中的启发,有以下过程:

公网 DNS 服务器的查询过程

公网 DNS 服务器的查询过程

这个过程与软件原本过程相比,缺少了向 GFWList 比对的环节。我认为,被墙域名可能会由于 GFWList 未包含而返回错误结果。虽然比对可以减少向国外 DNS 服务器请求的无用功并节省时间,但与其节省几百毫秒,不如获得更准确的结果。

另外以 IP 地域为 DNS 解析分流好处就在于其地理位置基本不变,可以规避域名分流的弊端。这种方法的前提是被污染的域名返回的结果一定是非中国 IP,所以这种方法才能成功。

最后分别是 Telescope DNS 三个文件 ts-dns.tomlgfwlist.txtcnip.txt 的写法。

# Telescope DNS Configure File
# https://github.com/wolf-joe/ts-dns

listen = ":53"
gfwlist = "gfwlist.txt"
gfwlist_b64 = false # 不使用 base64 解码 gfwlist.txt 文件以进行自定义(全部匹配)
cnip = "cnip.txt"
disable_ipv6 = true

hosts_files = ["/etc/hosts"]
[hosts]
"doh.dns.sb" = "104.27.159.178" # 此域名可自行查询并 ping IP 进行修改以得到最快的查询速度
"V2Ray 服务端域名" = "V2Ray 服务端 IP"

[query_log]
file = ""
ignore_cache = true
ignore_hosts = true

[cache]
size = 4096
min_ttl = 60
max_ttl = 86400

[groups]
  [groups.clean]
  no_cookie = true # 禁用 edns cookie,119.29.29.29 需要设置为true
  dns = ["119.29.29.29", "223.5.5.5"]
  concurrent = true

  [groups.dirty]
  dns = ["8.8.4.4/tcp", "208.67.222.222:443/tcp"]
  doh = ["https://doh.dns.sb/dns-query"]
  concurrent = true
||*

至于最后一个 cnip.txt 文件自带,所以无需配置,不过可以定期通过以下指令生成最新列表:[4]

$ wget -c http://ftp.apnic.net/stats/apnic/delegated-apnic-latest
$ cat delegated-apnic-latest | awk -F '|' '/CN/&&/ipv4/ {print $4 "/" 32-log($5)/log(2)}' > cnip.txt

3. Sniffing 流量探测

流量探测,可以探测流量中的某些信息,还可以按目标地址重置当前连接的目标。[5]

这样说起来不容易明白,不过它的用途十分明确:

  1. 探测 BT 流量
  2. 探测连接的目标域名
  3. 解决 DNS 污染

首先是第一条,这个规则适合放在服务端上(客户端亦可,视具体情况而定),因为很多地区对这方面有严格的法律规定,通过 Sniffing 将 BT 流量探测出来,并在路由模块中进行处理,可以避免违反法律的问题。

其次是第二条,由于透明代理中客户端会首先将域名解析成 IP 再发给透明代理所在机器上,进入到 V2Ray 之内,这样就会导致路由模块中无法通过域名对流量进行分流。开启了探测之后就会将 IP 指向的目标域名探测出来,用于分流。

最后是第三条,这一条对应的“重置”这一功能。开启后它会将域名而不是 IP 发向服务端(我没有证据),规避了 DNS 污染的问题,不过这样的话,前面的 DNS 分流岂不是做无用功了?的确,在白话文 Redirect 方式透明代理的那篇教程中使用了这样的方法,在文章的最后还提到这种方式因为会频繁的向国内 DNS 服务商请求被污染的域名而存在隐私问题。事实上目前我们使用的 DNS 分流方案同样存在这一问题,不过为了良好的体验还是做出了一定的妥协。利用 V2Ray 流量探测并重置连接来解决 DNS 污染的方式既可以作为前文提到的三种内网 DNS 服务器的补充,也可以独立作为一种 DNS 污染的解决方案。实话说,虽然这种方式存在着一定的不可控性,但在实际使用中暂时没发现太大问题。所以若问我究竟应该选择何种方式去解决 DNS 污染的问题,我也只能说各有利弊,留待更多测试和体验。

4. 透明代理:Redirect VS TProxy?iptables VS nftables?

所谓透明代理指的就是在客户端不知情的情况下对流量进行代理,运用这种方式可以实现无感翻墙。

Redirect (Redirect + TProxy) VS TProxy (纯 TProxy)

两种都是用来实现透明代理的方式,区别在于 Redirect 无法在 UDP 和 IPv6 中使用,TProxy 则无此限制。Linux 内核文档中指出了 Redirect 在 UDP 中不可行,不过有观点认为这并不是技术上的不可行,而是人为设定。

不过这里就不讨论过多理论方面的问题了,因为我并不了解这方面的知识。或许不是每个人都明白有关电的原理,但明白按下开关可以打开灯就足够了。

不过我对此的理解就是当前方案是最适合内核结构的,也是开销最小的,也就是最优方案,所以没有必要去实现 Redirect 透明代理 UDP。

虽然看上去 TProxy 在各方面都不错,但在 OpenWrt 上进行透明代理时发现在使用会议软件时,Redirect 方案的断流情况与 TProxy 方案相比有减少。

不过我还是选择了 TProxy,也许是强迫症心理吧?

iptables VS nftables

Netfilter,在 Linux 内核中的一个软件框架,用于管理网络数据包。不仅具有网络地址转换(NAT)的功能,也具备数据包内容修改、以及数据包过滤等防火墙功能。[6]

而 iptables 和 nftables 就是用来控制 Netfilter 的。

相较而言,大家可能对 iptables 更熟悉。新版的 Debian、RedHat 等 Linux 发行版已经将 nftables 作为默认的防火墙工具,[7]但就目前情况而言 iptables 貌似还是主流选择。不过我抱着 nftables 能提升性能解决会议软件断流的希望,尝试了一下 nftables。

理想的局域网拓扑结构

在 V2EX 上,我看到了这样的一篇帖子:对于所谓“旁路由”的疑惑 - V2EX

里面说的什么“动态路由表”我并不是十分了解,但是其中的很多思路却让我陷入沉思。

什么是旁路由?它是用来处理主路由不适合做的事情而出现的。比如说,V2Ray 的 VMess 协议需要加解密,而普通路由器的 CPU 性能一般都很弱,而且内存、磁盘空间都较小,不适合做这样的工作。这时候这一部分交给旁路由去处理,就可以解决这个问题。反过来说,如果主路由性能、功能足够强大,旁路由其实就没有必要存在了。

然而实际情况很残酷,除非将软路由作为主路由,否则旁路由还是十分需要的。在目前大部分的教程中,我们都需要手动或改变 DHCP 配置将网关改为旁路由网关,看完了那篇帖子后我在想,是否可以考虑将 Netfilter 配置放在主路由上,V2Ray、DNS 服务器等其他服务放在旁路由上,这样就可以使直连的流量不经过旁路由,直接从主路由出去,更加快速。虽然有这样的想法,但是家里的路由器好像无法刷机,所以这个想法还留待以后检验。

在开始写文章的不久后,我惊奇的发现,家里的主路由,小米路由器 4 好像可以刷机,而且不用拆机就可以直接登录,测试后发现果真如此。所以接下来的动手方向可能就是这个主路由了(真是不能闲着啊……)。

围绕 Netfilter 的数据流向与配置指令简析

由于在之前的文章中已经贴出了配置,这篇文章后面的配置只是进行了一些改变并套用到 nftables 之上,所以在真正开始配置 Netfilter 之前,我们先对自己设定的配置所产生的效果进行一定的了解。

首先看 iptables -t mangle -A V2RAY [something] -j RETURN,这一句作用很简单,匹配某些规则,将这些数据包 return,也就是返回。在当前环境中,数据包会从子链 V2RAY 返回到父链 PREROUTING 中,由于 PREROUTING 链并没有设置什么规则,所以就按缺省规则直接转发出去,达到了直连的目的。

接下来看 iptables -t mangle -A V2RAY -p tcp -j TPROXY --on-port 12345 --tproxy-mark 1 这条规则,它是所有规则中最重要的,也就是将数据包转到 V2Ray 中进行透明代理。问题是为什么要在后面加一个标记“1”呢?直接转到目标端口好像也并没有什么问题啊?这个问题就涉及到 Netfilter 的流量走向以及 Linux 的路由表了。

Netfilter 中包的流程图[8]

在这张非常经典的流程图中,我们看到,mangle 表的 prerouting 链上,流量会有两个走向,即 input 和 forward,其中 forward 是转发到外面,input 是到本机里面,很明显,我们的目标是让数据包走 input 链到 V2Ray 中进行透明代理(或者说,走什么链不重要,只要能从指定端口连接到本机就好)。然而现实很残酷,路由表可以控制流量走向,在默认规则中,路由表通过目标地址进行匹配,而我们透明代理流量的目标地址显然都是外部而不是本机,所以就会走 forward 到外部但是却找不到透明代理的目标也就是 V2Ray 监听的端口,导致网络连接无法建立。于是便有了以下指令:ip route add local default dev lo table 100,这条指令是建立一个名为 100 的路由表,并指向 lo 网卡即本机;ip rule add fwmark 1 table 100 这一条则是建立路由表 100 的规则:匹配有标记 1 的数据包走路由表 100。通过这两条指令以及 Netfilter 规则中向透明代理流量添加的标记 1,即可实现对局域网中客户端的透明代理。

接下来就是对本机的透明代理部分了。首先是 iptables -t mangle -A V2RAY_MARK -p tcp -j MARK --set-mark 1 这句,它的作用与 iptables -t mangle -A V2RAY -p tcp -j TPROXY… 一句相同,那为何写法却和后者不同呢?显然,在 prerouting 链上的透明代理不能应用于本机,而 postrouting 链会直接出去,所以最后只能在 output 链上进行设置,但是 output 链上并不允许设置透明代理,因为出去的包又会回到本机,造成了死循环(也有可能是 output 链之后就是 postrouting 链,又不存在路由判断,所以包没有机会走回本机)。好在天无绝人之路,output 链后存在一种机制叫做 reroute check,通过这种机制,我们只需将数据包打上和先前一样的标记 1,随后查路由表匹配规则,通过 lo 重新回到本机中,然后和其他从外面来的流量(如局域网设备的透明代理流量)混在一起,进行透明代理。最后一个需要解决的问题就是从 V2Ray 出来的流量应该如何处理,如果按现有配置运行,从 V2Ray 出来的流量经过 output 链时会重新被打回,造成死循环,所以只是需要在 V2Ray 内部向出站的数据包打一个标记“2”,也就是 "mark": 2,然后在 output 链上配置标记为 2 的数据包直连,也就是 iptables -t mangle -A V2RAY_MARK -j RETURN -m mark --mark 2,这样就可以实现对本机的透明代理了。

另外还有一个可以讨论的点:是否需要设定服务器 IP 直连?在 output 链中,如果添加一条目标地址为服务器 IP 直连的规则,同时删除标记 2 直连的规则,透明代理可以正常运行。这是因为从 V2Ray 出来的数据包的目标地址不是原地址而是 V2Ray 服务器地址,所以即使不过滤标记将从 V2Ray 出来的流量分流,通过找目标地址的方式分流仍然可以达到目的。但这种方式存在很多漏洞:output 链上设定的规则为特殊地址、国内地址、服务器地址、其他自定义地址直连,如果存在某个地址,它不属于以上 4 种地址中的任何一种,又会从 V2Ray 的 Freedom 出站协议中出来,就会导致访问此地址的流量陷入死循环。类似的极端情况可能还有很多,所以 output 链上设定标记 2 直连是必要的。不过在 prerouting 链上配置目标地址为服务器地址时直连以及在 output 链上额外设定此地址是否必要呢?就我个人体验和目前的方案(单服务器与多客户端)而言,是否设置没有太多使用上的区别,所以根据实际情况设置就好。

最后一个问题,是否应该设置 masquerade?在上面提到的对于所谓“旁路由”的疑惑 - V2EX 讨论中,有如下观点:[9]

F 大的教程中有这么一句,“iptables -t nat -I POSTROUTING -j MASQUERADE”。这会导致国内下载流量经过 N1 旁路由,因为 MASQUERADE 会将 source ip 替换为 N1 的 ip,不管是否富强(注:应该指翻墙)。

在 N1 上 POSTROUTING MASQUERADE 毫无必要,除非将 N1 当作主路由。

这个观点很明确,而且逻辑上也没有什么问题,从主路由直接连接到客户端肯定比经过旁路由更快。然而在实际使用中,在不设定 masquerade 的情况下,如果某流量在 Netfilter 中直接直连到外面,而不经过 V2Ray,就会出现各种问题,如:国内网页加载极其缓慢甚至无法加载;SSH 连接在快速输入字符或快速移动光标等键盘操作时会导致 SSH 掉线。之前由于我选择在 V2Ray 中进行分流操作,所以遇到 SSH 掉线问题时并没有太过注意,直到这次修改配置后,之前百思不得其解的问题终于得到解决。虽然不知道为什么会出现这样的结果,总之使用体验良好就是了。

nftables 配置

无论是 iptables 还是 nftables,都需要先配置策略路由。

# ip route add local default dev lo table 100 # 添加路由表 100
# ip rule add fwmark 1 table 100 # 为路由表 100 设定规则

与 iptables 不同,nftables 的设定偏向于编辑文件,而不是执行指令。iptables-saveiptables-restore 的确可以保存和恢复 iptables 配置,但生成的文件可读性差。nftables 的配置文件容易编辑和阅读,指令执行的语句其实和配置文件的写法相同,不过这就会导致很多符号会在 Shell 中被识别为其他含义,可能需要转义、加引号、加空格等方式规避问题,体验较差。虽然 nftables 提供了一个互动模式,但是我更愿意去写配置文件,运行指令仅作为实验方式(有点像 Python?)。

首先编辑 /etc/nftables.conf

#!/usr/sbin/nft -f

flush ruleset

include "/etc/nftables.d/*"

table ip v2ray {
    chain prerouting {
        type filter hook prerouting priority mangle; policy accept;
        ip daddr { $RESERVED_IP, $CHINA_IP, 8.8.4.4, 208.67.222.222, 104.27.159.178 } return
        ip protocol tcp tproxy to 127.0.0.1:12345 meta mark set 1
        ip protocol udp tproxy to 127.0.0.1:12345 meta mark set 1
    }
    chain output {
        type route hook output priority mangle; policy accept;
        ip daddr { $RESERVED_IP, $CHINA_IP, 8.8.4.4, 208.67.222.222, 104.27.159.178 } return
        meta mark 2 return
        ip protocol tcp meta mark set 1
        ip protocol udp meta mark set 1
    }
    chain postrouting {
        type nat hook postrouting priority srcnat; policy accept;
        masquerade
    }
}

之后创建 /etc/nftables.d 文件夹,并在其中创建 reserved_ip.confchina_ip.conf 两个文件。

define RESERVED_IP = {
    10.0.0.0/8,
    100.64.0.0/10,
    127.0.0.0/8,
    169.254.0.0/16,
    172.16.0.0/12,
    192.0.0.0/24,
    192.168.0.0/16,
    224.0.0.0/4,
    240.0.0.0/4,
    255.255.255.255/32
}
define CHINA_IP = {
    1.1.8.0/24,
    1.2.4.0/24,
    …
    223.255.252.0/23
}

国内 IP 的完整列表可以通过上文 DNS 部分提到的指令生成,然后写成相同格式即可。

之后编辑 /lib/systemd/system/nftables.service

[Unit]
Description=nftables
Documentation=man:nft(8) http://wiki.nftables.org
Wants=network-pre.target
Before=network-pre.target shutdown.target
Conflicts=shutdown.target
DefaultDependencies=no

[Service]
Type=oneshot
RemainAfterExit=yes
StandardInput=null
ProtectSystem=full
ProtectHome=true
ExecStart=/usr/sbin/nft -f /etc/nftables.conf ; /usr/sbin/ip route add local default dev lo table 100 ; /usr/sbin/ip rule add fwmark 1 table 100
ExecReload=/usr/sbin/nft -f /etc/nftables.conf
ExecStop=/usr/sbin/nft flush ruleset ; /usr/sbin/ip route del local default dev lo table 100 ; /usr/sbin/ip rule del table 100

[Install]
WantedBy=sysinit.target

最后设定开机并立即启动即可。

# systemctl enable nftables --now

5. V2Ray 中的 UDP 协议

我们先从小的地方说起。

文章开头,我就提到了一些使用 UDP 协议通讯的会议软件在透明代理环境中存在断流现象。之前一直以为是我个人问题,后来才了解到这是一个共性问题,比如:使用 QUIC 协议观看视频断流Zoom 会议断流……

好在看到了后面的那篇博客,也趁着这次修改配置,通过 Netfilter 进行分流,使国内流量直连而不通过 V2Ray,一定程度上规避了 UDP 断流的问题,实际使用时也十分舒适,与正常使用几乎没有区别。不过如果用 V2Ray 代理游戏可能体验就没那么友好了。

在上文 DNS 部分提到的 53 端口问题同样与 UDP 有关。

此外,除 mKCP 和 QUIC 以外,V2Ray 的其他传输方式都是 UDP over TCP,即使用 TCP 传输 UDP。从各个方面来看,V2Ray 对 UDP 协议并不友好,随着网络技术更新换代,HTTP/3 普及,QUIC 协议会被广泛使用,那时候,UDP 的重要性会远超当下,所以我很期待 V2Ray 将来对 UDP 的优化。

6. 是否启用 IPv6?

至少对于我来说,No。

在之前的文章中,我简要的记录了我对 IPv6 的一些了解,虽然比较混乱,但还是说明了一些东西。首先我是支持 IPv6 的,无论从发展趋势还是使用效果上来说,IPv6 都有着不少的优点。比如随着带宽能力的提升,以及终端数量的增加,NAT 的弊端已经逐步体现出来了,而 IPv6 的出现能够真正使每一台设备都有至少一个真正的互联网公网地址,也就是“全球单播地址”,所谓 IPv6 自带内网穿透特性正是说它不同于 IPv4 的地址分配方式以及地址数量的庞大。然而从另一方面,我感到 IPv6 的复杂。从 IP 地址格式到 IP 地址分配,都令人感到费解。

如果说这些所谓的 IPv6 缺陷只是一时的难以适应以及相关知识的缺乏,那么针对我的实际体验情况而言,我的确无法选择使用 IPv6,这个问题的关键也许就在于主路由之上。首先请去浏览一下这位朋友的难题:如何更改 IPv6 路由通告下发的默认路由网关配置 - V2EX。他的问题不仅代表了我的问题,同时还简述了 IPv6 的地址分配机制,正是因为这种机制,我无法使旁路由作为网关以提供透明代理。或许通过更改主路由的配置可以解决这个问题,然而家里的小米路由器既缺陷各种功能,也无法刷成其他的路由器系统。综上,在我无数次实验之中,我放弃了。

而在实际体验这种 IPv4 单栈透明代理的过程中,也确实出现了不少的问题。比如,由于 IPv6 优先原则,DNS 解析到 IPv6 地址后会对其进行访问,而这个地址也许被污染了,或者即使是正确的,也因为无法进行透明代理而无法访问。

有这样一个实际例子:在使用 Magisk 模块仓库中,发现仓库列表无法刷新,通过抓包后发现,Magisk 的仓库列表位于 GitHub 之上,虽然 GitHub 并没有 IPv6 地址,但是由于系统使用 IPv6 的 DNS 服务器进行查询,而 IPv6 的 DNS 服务器并没有进行 DNS 污染处理,从而使得查询到的 IPv4 地址不可用,最终导致 Magisk 无法正常使用。在关闭了手机的 IPv6 之后,功能恢复正常。

连 GitHub 都没有 IPv6 地址,说明 IPv6 的实际使用率实在是低,生活中也很少能够发现只能 IPv6 访问服务(比如单栈 IPv6 VPS),所以的确是没有必要的。

然而我在写这一段的时候忽然想到是否存在以下可能:开启主路由 IPv6,配置 DNS 服务器指向旁路由的 Link-local 链路本地地址,然后在旁路由上关闭 IPv6 地址的 DNS 查询,如此就可以做到域名访问必走 IPv4 透明代理,同时又可以使用 IPv6 功能。待测试。

这种事情感觉没有什么价值,没必要为了 IPv6 而 IPv6。

7. 一些关于 V2Ray 的新东西

文档界面

V2Ray 和 V2Fly 有什么关系?简单来说,V2Fly 是 V2Ray 的社区版。由于 V2Ray 原开发者 Victoria Raymond 长期失联,为方便管理和维护,V2Ray 的开发者们自发的 Fork 了 V2Ray 项目以及官网等内容。所以查找资料时请浏览 v2fly.org 而不是 v2ray.com,后者已经无人维护,很多内容已经过时并存在缺失,而前者一直被社区维护,不久之前还重构了页面,更加美观、易读。

另外众所周知的由 ToutyRater 大佬编写的 V2Ray 白话文教程 toutyrater.github.io 已全部迁移到新 V2Ray 白话文指南 guide.v2fly.org,并不断更新更多的 V2Ray 玩法,由社区维护,欢迎提交 PR 来完善本指南。

安装方式

之前安装 V2Ray 都是使用我认为域名很好的那个脚本(https://install.direct/go.sh)进行安装,但在 V2Ray 文档中提到,不再推荐使用老脚本,转为使用新脚本(原因及区别请自行浏览文档)。

目前 V2Ray 项目组已经将老脚本废弃,转为使用新脚本。
$ wget https://raw.githubusercontent.com/v2fly/fhs-install-v2ray/master/install-release.sh
# bash install-release.sh

自定义规则

除了安装脚本以外,项目中还提供了一个用于更新内置规则文件的脚本,不过这里我不会去使用它。原因是我使用了其他的文件去代替官方内置的文件:Loyalsoldier/v2ray-rules-dat: 🦄 🎃 👻 V2Ray 路由规则文件加强版,可代替官方规则文件。Enhanced edition of V2Ray routing rules dat files.。此项目已被收入官网文档之中。它相当于官方规则的超集,并添加了更多的类别,每天 Github Actions 自动生成。更棒的是,域名规则可以通过 Fork 此项目进行自定义,并自动生成规则文件。之前我的配置文件中包含着巨大的域名列表,现在我已经通过此项目将那些域名添加到了规则文件中,不仅缩减了配置文件大小,同时获得了更快的启动速度:BioniCosmos / v2ray-rules-dat。只需下载项目 Releases 页面中的文件替换官方规则文件即可,无需更改配置文件。

多文件配置

自版本 4.23.0 起,V2Ray 程序支持使用多个配置文件。

多配置文件的主要作用在于分散不同作用模块配置,便于管理和维护。该功能主要考虑是为了丰富 V2Ray 的生态链,比如对于 GUI 的客户端,一般只实现节点选择等固定的功能,对于太复杂的配置难以图形化实现;只需留一个 confdir 的自定义配置目录供配置复杂的功能;对于服务器的部署脚本,只需往 confdir 添加文件即可实现配置多种协议,等等。[10]

通过这样的一个新的设计,我将配置文件分为路由部分、DNS 服务器部分(之前)和其他配置文件部分,在结合上面提到的自定义规则,现在的配置文件更便于维护,看起来更加赏心悦目。

首先编辑 /usr/local/etc/v2ray/00_base.json(使用新脚本安装的 V2Ray 配置文件目录):

{
  "log": {
    "error": "/var/log/v2ray/error.log",
    "access": "/var/log/v2ray/access.log",
    "loglevel": "error"
  },
  "inbounds": [
    {
      "port": 12345,
      "protocol": "dokodemo-door",
      "settings": {
        "network": "tcp,udp",
        "followRedirect": true
      },
      "sniffing": {
        "enabled": true,
        "destOverride": [
          "http",
          "tls"
        ]
      },
      "streamSettings": {
        "sockopt": {
          "tproxy": "tproxy"
        }
      }
    },
    {
      "port": 1080,
      "protocol": "socks",
      "sniffing": {
        "enabled": true,
        "destOverride": [
          "http",
          "tls"
        ]
      },
      "settings": {
        "auth": "noauth",
        "udp": true
      }
    }
  ],
  "outbounds": [
    {
      "tag": "direct",
      "protocol": "freedom",
      "settings": {
        "domainStrategy": "UseIPv4"
      },
      "streamSettings": {
        "sockopt": {
          "mark": 2
        }
      }
    },
    {
      "tag": "proxy",
      "protocol": "vmess",
      "settings": {
        "vnext": [
          {
            "address": "服务端地址或域名",
            "port": 服务端端口,
            "users": [
              {
                "id": "UUID",
                "alterId": 4,
                "security": "auto"
              }
            ]
          }
        ]
      },
      "streamSettings": {
        "network": "tcp",
        "security": "tls",
        "sockopt": {
          "mark": 2
        }
      }
    },
    {
      "tag": "block",
      "protocol": "blackhole",
      "settings": {
        "response": {
          "type": "http"
        }
      }
    }
  ]
}

然后编辑 /usr/local/etc/v2ray/01_routing.json

{
  "routing": {
    "domainStrategy": "IPIfNonMatch",
    "rules": [
      {
        "type": "field",
        "outboundTag": "block",
        "domain": [
          "geosite:category-ads-all",
          "adservice"
        ]
      },
      {
        "type": "field",
        "outboundTag": "block",
        "ip": [
          "101.227.97.240/32",
          "101.227.200.11/32",
          "101.227.200.28/32",
          "124.192.153.42/32",
          "39.107.15.115/32",
          "47.89.59.182/32",
          "103.49.209.27/32",
          "123.56.152.96/32",
          "61.160.200.223/32",
          "61.160.200.242/32",
          "61.160.200.252/32",
          "61.174.50.214/32",
          "111.175.220.163/32",
          "111.175.220.164/32",
          "122.229.8.47/32",
          "122.229.29.89/32",
          "124.232.160.178/32",
          "175.6.223.15/32",
          "183.59.53.237/32",
          "218.93.127.37/32",
          "221.228.17.152/32",
          "221.231.6.79/32",
          "222.186.61.91/32",
          "222.186.61.95/32",
          "222.186.61.96/32",
          "222.186.61.97/32",
          "106.75.231.48/32",
          "119.4.249.166/32",
          "220.196.52.141/32",
          "221.6.4.148/32",
          "114.247.28.96/32",
          "221.179.131.72/32",
          "221.179.140.145/32",
          "115.182.16.79/32",
          "118.144.88.126/32",
          "118.144.88.215/32",
          "118.144.88.216/32",
          "120.76.189.132/32",
          "124.14.21.147/32",
          "124.14.21.151/32",
          "180.166.52.24/32",
          "211.161.101.106/32",
          "220.115.251.25/32",
          "222.73.156.235/32"
        ]
      },
      {
        "type": "field",
        "outboundTag": "proxy",
        "domain": [
          "geosite:geolocation-!cn",
          "pinterest",
          "porn",
          "github",
          "githubusercontent",
          "blogspot",
          "alibabacloud",
          "wikileaks",
          "nyaa.si",
          "rarbg"
        ]
      },
      {
        "type": "field",
        "outboundTag": "proxy",
        "ip": [
          "109.239.140.0/24",
          "14.102.250.18",
          "14.102.250.19",
          "149.154.164.0/22",
          "149.154.168.0/22",
          "149.154.172.0/22",
          "174.142.105.153",
          "50.7.31.230",
          "67.220.91.15",
          "67.220.91.18",
          "67.220.91.23",
          "69.65.19.160",
          "72.52.81.22",
          "85.17.73.31",
          "91.108.4.0/22",
          "91.108.56.0/22",
          "91.108.56.0/23",
          "108.177.120.94",
          "108.177.120.0/24",
          "172.217.0.0/16",
          "74.125.0.0/16",
          "geoip:jp",
          "geoip:us",
          "geoip:sg",
          "geoip:hk",
          "geoip:tw",
          "23.246.0.0/18",
          "37.77.184.0/21",
          "45.57.0.0/17",
          "64.120.128.0/17",
          "66.197.128.0/17",
          "108.175.32.0/20",
          "192.173.64.0/18",
          "198.38.96.0/19",
          "198.45.48.0/20",
          "173.245.48.0/20",
          "103.21.244.0/22",
          "103.22.200.0/22",
          "103.31.4.0/22",
          "141.101.64.0/18",
          "108.162.192.0/18",
          "190.93.240.0/20",
          "188.114.96.0/20",
          "197.234.240.0/22",
          "198.41.128.0/17",
          "162.158.0.0/15",
          "104.16.0.0/12",
          "172.64.0.0/13",
          "131.0.72.0/22",
          "144.220.0.0/16",
          "52.124.128.0/17",
          "54.230.0.0/16",
          "54.239.128.0/18",
          "52.82.128.0/19",
          "99.84.0.0/16",
          "204.246.172.0/24",
          "54.239.192.0/19",
          "70.132.0.0/18",
          "13.32.0.0/15",
          "205.251.208.0/20",
          "13.224.0.0/14",
          "13.35.0.0/16",
          "204.246.164.0/22",
          "204.246.168.0/22",
          "71.152.0.0/17",
          "216.137.32.0/19",
          "205.251.249.0/24",
          "99.86.0.0/16",
          "52.46.0.0/18",
          "52.84.0.0/15",
          "204.246.173.0/24",
          "130.176.0.0/16",
          "205.251.200.0/21",
          "204.246.174.0/23",
          "64.252.128.0/18",
          "205.251.254.0/24",
          "143.204.0.0/16",
          "205.251.252.0/23",
          "204.246.176.0/20",
          "13.249.0.0/16",
          "54.240.128.0/18",
          "205.251.250.0/23",
          "52.222.128.0/17",
          "54.182.0.0/16",
          "54.192.0.0/16",
          "2400:cb00::/32",
          "2606:4700::/32",
          "2803:f800::/32",
          "2405:b500::/32",
          "2405:8100::/32",
          "2a06:98c0::/29",
          "2c0f:f248::/32",
          "103.2.30.0/23",
          "125.209.208.0/20",
          "147.92.128.0/17",
          "203.104.144.0/21",
          "91.108.4.0/22",
          "91.108.8.0/22",
          "91.108.12.0/22",
          "91.108.16.0/22",
          "91.108.56.0/22",
          "149.154.160.0/20",
          "2001:b28:f23d::/48",
          "2001:b28:f23f::/48",
          "2001:67c:4e8::/48",
          "3.123.36.126/32",
          "35.157.215.84/32",
          "35.157.217.255/32",
          "52.58.209.134/32",
          "54.93.124.31/32",
          "54.162.243.80/32",
          "54.173.34.141/32",
          "54.235.23.242/32",
          "169.45.248.118/32"
        ]
      }
    ]
  }
}

What else?

到这里,我知道的恐怕都讲完了,不过还是有一些话想说一说。其实本来这篇文章不会拖到这么晚才写完,主要是中间有一段时间电脑坏了,打乱了节奏,就一拖再拖。

V2Ray 是一款我很喜欢的软件,首先它并不只是用来翻墙的,正向代理、反向代理、透明代理、DNS 服务器、广告过滤它都可以胜任。

Project V 是一个工具集合,它可以帮助你打造专属的基础通信网络。Project V 的核心工具称为 V2Ray,其主要负责网络协议和功能的实现,与其它 Project V 通信。V2Ray 可以单独运行,也可以和其它工具配合,以提供简便的操作流程。

是的,请不要忘记它的雄心壮志,V2Ray 只是一个核心,但不是全部。

我时常着迷于 V2Ray 的模块组合,每一个协议和传输并不复杂,但组合起来却是千变万化,带来无限的可能性。就像数学中的一个个变量,组合起来就会变成复杂的函数。

V2Ray 的社区氛围很好,每天不断的有 issue 被提出,同时又有人提交 PR,最后合并入主线。V2Ray 版本迭代的速度很快,不长时间就会出现新的功能。尤其是从 V2Ray 被发现多个大漏洞事件开始,几个月的时间,一个新的协议已经被开发出来。

VLESS,一个懂得做减法的协议,轻量而又功能丰富,貌似对 UDP 还进行了一定的优化。

还有一个关于上文的方案中没有提到的 V2Ray 分流的问题。由于很大一部分地址在进入 V2Ray 之前就被 Netfilter 分流直接出去,所以 V2Ray 路由模块中转往 Blackhole 的流量如广告过滤功能失效。看来将 V2Ray 的一部分功能分担出去就会导致连锁反应。

说是大半年,其实已经快一年了,我的自我学习过程往往都以实践为主,先做再学习原理,在某种动机的驱使下,查找各种资料并进行测试,有时还需要冥思苦想,在这样一个艰难的过程中,不断收获着各种知识,这个过程其实是我很享受的。虽然如此,但有时也是被逼无奈,如果不是身处特殊的环境下,怎么又会有研究的动机呢?

在此想要感谢很多人,除了下面撰写参考和引用中那些文章的人,也要感谢所有为这一切做出贡献的人。没有你们的付出,也不会有我这篇文章。

至此,本方案使用体验十分良好,如果没有特殊情况,围绕着 V2Ray 展开的各种计算机网络话题就要告一段落了。尽请期待更多精彩内容!

参考

  1. 漫谈各种黑科技式 DNS 技术在代理环境中的应用 | by Tachyon | Medium
  2. DNS及其应用 — Steemit
  3. 关于在配置 V2Ray 做 DNS 服务器过程中引出的问题 · Issue #751 · v2ray/discussion
  4. Report for ' failed to bind source address > address already in use' when using tproxy · Issue #68 · v2fly/v2ray-core
  5. DNS 服务器 | V2Fly.org
  6. 如何选择适合的公共 DNS? [2020] | Sukka's Blog
  7. VMess | 新 V2Ray 白话文指南
  8. 对于所谓“旁路由”的疑惑 - V2EX
  9. 透明代理 UDP 为什么要用 TProxy? - 简书
  10. V2RAY透明代理 | xdays
  11. 搭建网关系列 —— 路由篇
  12. TProxy - The Linux Kernel Archives
  13. Linux使用TPROXY进行UDP的透明代理 - 简书
  14. Internet sharing - ArchWiki
  15. nftables - ArchWiki
  16. nft(8) — Arch manual pages
  17. Sets - nftables wiki
  18. Moving from iptables to nftables - nftables wiki
  19. Moving from ipset to nftables - nftables wiki
  20. nftables初体验|I'm OWenT
  21. 包的路由转圈圈——谈谈使用nftables配置透明代理碰到的那些坑 | KosWu 's blog
  22. 【Linux】vim在每行行首或行尾添加/删除内容_子非鱼的博客-CSDN博客_ubuntu vi编辑器删除每行开头
  23. TProxy實現透明代理 - 小學霸
  24. 使用 iptables、ipset 的全局智能代理 | chih's blog
  25. V2Ray 透明代理和Zoom优化
  26. Dokodemo UDP转发导致断流 · Issue #1432 · v2ray/v2ray-core
  27. 如何更改 IPv6 路由通告下发的默认路由网关配置 - V2EX
  28. Project V · Project V 官方网站
  29. V2Ray 配置指南|V2Ray 白话文教程
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标签: IPv6, 透明代理, TPROXY, V2Ray, Linux, 网络, Netfilter, 旁路由

已有 2 条评论

  1. 不戳不戳,真不戳,说得对啊!(🌚

  2. 嗯,更新了,不错不错。

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