使用树莓派Raspberry Pi 4和OpenWrt构建Web界面的嵌入式路由器：全面技术栈解析（代码示例）

一、项目概述

在现代网络环境中，嵌入式路由器作为网络连接的核心设备，承担着数据传输、网络安全及设备管理等重要功能。本项目旨在开发一款带有Web界面的嵌入式路由器，使用Raspberry Pi 4作为硬件平台，运行定制的OpenWrt系统。通过该项目，我们希望实现以下目标：

简化网络管理：提供友好的Web界面，使用户能够轻松配置和管理路由器的网络设置。
增强网络安全性：利用iptables实现防火墙和NAT功能，保护用户的网络安全。
提供灵活的服务：使用dnsmasq提供DHCP和DNS服务，提升网络设备的管理效率。

该项目解决了传统路由器在用户体验和功能扩展上的不足，为用户提供了更高效、直观的网络管理方案。

二、系统架构

系统架构设计遵循模块化的原则，以便于后期维护和扩展。下面是本项目的系统架构图：
运行 Web服务业务逻辑数据库 API调用组件库 HTTP请求网络管理 DHCP/DNS服务 Raspberry Pi 4 OpenWrt nginx Flask SQLite Vue.js Element UI Axios iptables dnsmasq

组件选择

硬件平台：Raspberry Pi 4，具备强大的计算能力和丰富的接口。
操作系统：定制的OpenWrt，专为路由器优化，支持广泛的网络功能。
后端框架：nginx + Flask，轻量级且易于扩展。
前端框架：Vue.js + Element UI，提升用户体验。
数据库：SQLite，轻量级数据库，适合嵌入式应用。
网络功能：iptables和dnsmasq，提供安全和网络服务。

三、环境搭建

硬件环境

Raspberry Pi 4
SD卡（至少16GB）
电源适配器
网络连接（Wi-Fi或以太网）

软件环境

操作系统：OpenWrt
Web服务器：nginx
后端框架：Python 3, Flask
前端框架：Node.js, Vue.js
数据库：SQLite

安装步骤

安装OpenWrt：
- 下载OpenWrt镜像文件。
- 使用Etcher等工具将镜像烧录到SD卡。
- 插入SD卡并启动Raspberry Pi 4。

安装nginx和Flask：

bash 复制代码

opkg update
opkg install nginx python3-flask

安装SQLite：
bash 复制代码
```
opkg install sqlite3
```
安装前端环境：
- 在电脑上安装Node.js和npm。
- 创建Vue.js项目：
  bash 复制代码
```
 npm install -g @vue/cli
 vue create my-project
```

注意事项

确保Raspberry Pi与网络连接正常。
安装过程中注意权限问题，必要时使用sudo命令。

四、代码实现

1. 后端实现

Flask应用示例

python 复制代码

from flask import Flask, jsonify, request
import sqlite3

app = Flask(__name__)

# 数据库连接
def get_db_connection():
    conn = sqlite3.connect('database.db')
    conn.row_factory = sqlite3.Row
    return conn

@app.route('/api/devices', methods=['GET'])
def get_devices():
    conn = get_db_connection()
    devices = conn.execute('SELECT * FROM devices').fetchall()
    conn.close()
    return jsonify([dict(ix) for ix in devices])

if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

关键代码注释

get_db_connection()：创建与SQLite数据库的连接。
get_devices()：处理GET请求，返回设备列表的JSON格式。

2. 前端实现

在前端部分，我们使用Vue.js框架结合Element UI组件库来构建用户界面。通过Axios进行API调用，以便与后端Flask服务进行交互。

1. 安装Element UI和Axios

在Vue.js项目目录中，安装Element UI和Axios：

bash 复制代码

npm install element-ui axios

2. 配置Element UI

js 复制代码

import Vue from 'vue';
import App from './App.vue';
import ElementUI from 'element-ui';
import 'element-ui/lib/theme-chalk/index.css';

Vue.use(ElementUI);

new Vue({
  render: h => h(App),
}).$mount('#app');

3. 创建设备管理组件

在src/components目录下创建一个名为DeviceManager.vue的组件，用于显示和管理网络设备。

html 复制代码

<template>
  <div>
    <el-table :data="devices" style="width: 100%">
      <el-table-column prop="id" label="ID" width="180"></el-table-column>
      <el-table-column prop="name" label="设备名称" width="180"></el-table-column>
      <el-table-column prop="ip" label="IP地址" width="180"></el-table-column>
      <el-table-column prop="mac" label="MAC地址" width="180"></el-table-column>
    </el-table>
    <el-button type="primary" @click="fetchDevices">刷新设备列表</el-button>
  </div>
</template>

<script>
import axios from 'axios';

export default {
  data() {
    return {
      devices: []
    };
  },
  methods: {
    fetchDevices() {
      axios.get('http://<路由器IP>:5000/api/devices')
        .then(response => {
          this.devices = response.data;
        })
        .catch(error => {
          console.error("获取设备列表失败:", error);
        });
    }
  },
  mounted() {
    this.fetchDevices();
  }
};
</script>

<style scoped>
</style>

关键代码说明

el-table：使用Element UI的表格组件显示设备信息。
fetchDevices()：通过Axios调用后端API获取设备列表，并将数据存储在devices数组中。
mounted()：组件加载时，自动调用fetchDevices()方法以获取设备信息。

4. 更新主组件

在src/App.vue中引入并使用DeviceManager组件：

html 复制代码

<template>
  <div id="app">
    <h1>嵌入式路由器设备管理</h1>
    <DeviceManager />
  </div>
</template>

<script>
import DeviceManager from './components/DeviceManager.vue';

export default {
  name: 'App',
  components: {
    DeviceManager
  }
};
</script>

<style>
#app {
  font-family: Avenir, Helvetica, Arial, sans-serif;
  -webkit-font-smoothing: antialiased;
  -moz-osx-font-smoothing: grayscale;
  text-align: center;
  color: #2c3e50;
  margin-top: 60px;
}
</style>

5. 启动前端项目

在Vue.js项目目录中，启动前端项目：

bash 复制代码

npm run serve

确保在浏览器中访问http://localhost:8080（或指定的端口），你应该能够看到设备管理的界面并获取设备列表。

五、项目总结

在本项目中，我们成功地设计和实现了一个带有Web界面的嵌入式路由器。项目的主要功能包括：

通过Raspberry Pi 4和OpenWrt系统实现嵌入式路由器的基础功能。
使用nginx和Flask构建轻量级的后端服务，处理设备信息的存储和管理。
利用Vue.js和Element UI构建直观的用户界面，使用户能够轻松管理网络设备。
通过Axios进行前后端数据交互，实现动态更新。