【教學/基礎】Raspberry Pi 用 3G 網卡(3G USB dongle)上網

2015 年 1 月 9 日

【教學/基礎】Raspberry Pi 用 3G 網卡(3G USB dongle)上網

By 小編基礎, 教學 3G dongle, E1820, E220, E230, E398, E398u-1, Huawei, speedtest-cli, udev, usb_modeswitch, wvdial

Last Updated on 2022 年 7 月 30 日 by 小編

本文章將說明 Raspberry Pi 用 3G 網卡上網使用過程。使用 Raspberry Pi Model B+，映像檔為 2014-12-24-wheezy-raspbian.img。使用的 3G 網卡為 Huawei E1820 3G 網卡。

內容目錄

前言

現在的 3G/4G 網卡(或稱為 USB 數據機)大多同時有儲存設備和 USB 數據機的功能，其中儲存設備功能存放 MS Windows 的驅動程式，USB 數據機就是可撥號連線接取上網際網路。

如果是第一次將 3G 網卡插在安裝了 Windows 系統的電腦上，網卡將會以虛擬光碟機的模式掛載成儲存設備，並且自動安裝驅動程式。當完成安裝後就可用虛擬光碟機轉換工具(Virtual CD-ROM switching utility)或稱為模式轉換工具，正確轉換網卡為 USB 數據機。這篇將會介紹 Raspberry Pi 用 3G 網卡(3G USB dongle)上網。

設定 ModeSwitch

要在 Raspberry Pi 上使用 3G/4G 網卡上網，需要安裝設定模式轉換工具與安裝設定撥號連線程式。步驟如下：

1. 確認硬體資訊

當插上 E1820 時，可以看到系統可辨認成 HSPA modem。

pi@raspberrypi ~ $ lsusb
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Standard Microsystems Corp. 
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp. 
... skip ...
Bus 001 Device 008: ID 12d1:1446 Huawei Technologies Co., Ltd. E1552/E1800/E173 (HSPA modem)
... skip ...

用 dmesg 查看時，可看到系統將網卡的儲存功能辨認成 scsi 介面的 CD-ROM(sr0)。

pi@raspberrypi ~ $ dmesg
... skip ...
[    7.062455] usb 1-1.4: new high-speed USB device number 6 using dwc_otg
[    7.195063] usb 1-1.4: New USB device found, idVendor=12d1, idProduct=1446
[    7.219562] usb 1-1.4: New USB device strings: Mfr=3, Product=2, SerialNumber=0
[    7.242348] usb 1-1.4: Product: HUAWEI Mobile
[    7.251156] usb 1-1.4: Manufacturer: Huawei Technologies
[    7.282719] usb-storage 1-1.4:1.0: USB Mass Storage device detected
[    7.309727] scsi0 : usb-storage 1-1.4:1.0
[    7.323198] usb-storage 1-1.4:1.1: USB Mass Storage device detected
[    7.351048] scsi1 : usb-storage 1-1.4:1.1
[    8.322907] scsi 0:0:0:0: CD-ROM            HUAWEI   Mass Storage     2.31 PQ: 0 ANSI: 2
[    8.363958] scsi 1:0:0:0: Direct-Access     HUAWEI   TF CARD Storage       PQ: 0 ANSI: 2
[    8.417357] sd 1:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk
[    8.583801] sr0: scsi-1 drive
[    8.591172] cdrom: Uniform CD-ROM driver Revision: 3.20
[    8.681129] sr 0:0:0:0: Attached scsi generic sg0 type 5
[    8.698176] sr 0:0:0:0: Attached scsi CD-ROM sr0

如果我們將 sr0 掛載起來，就可清楚的看到裡面所存放的檔案是 Windows 驅動程式。

pi@raspberrypi ~ $ ls -al /dev/disk/by-id/
total 0
drwxr-xr-x 2 root root 140 Dec 24 12:31 .
drwxr-xr-x 6 root root 120 Jan  1  1970 ..
lrwxrwxrwx 1 root root  13 Jan  1  1970 memstick-SU16G_0x27885644 -> ../../mmcblk0
lrwxrwxrwx 1 root root  15 Dec 24 12:28 memstick-SU16G_0x27885644-part1 -> ../../mmcblk0p1
lrwxrwxrwx 1 root root  15 Dec 24 12:28 memstick-SU16G_0x27885644-part2 -> ../../mmcblk0p2
lrwxrwxrwx 1 root root   9 Dec 24 12:38 usb-HUAWEI_Mass_Storage-0:0 -> ../../sr0
lrwxrwxrwx 1 root root   9 Dec 24 12:31 usb-HUAWEI_TF_CARD_Storage-0:0 -> ../../sda
pi@raspberrypi ~ $ sudo mount /dev/sr0 /mnt
mount: block device /dev/sr0 is write-protected, mounting read-only
pi@raspberrypi ~ $ ls -al /mnt/
total 586
dr-xr-xr-x  1 root root   2048 Nov 27  2012 .
drwxr-xr-x 22 root root   4096 Dec 21 11:09 ..
-r-xr-xr-x  1 root root 148320 Mar 14  2011 AutoRun.exe
-r-xr-xr-x  1 root root     45 Oct  1  2008 AUTORUN.INF
dr-xr-xr-x  1 root root   2048 Nov 27  2012 Mobile Partner
-r-xr-xr-x  1 root root 439926 Nov 15  2009 Startup.ico
-r-xr-xr-x  1 root root   1742 Nov 23  2012 SysConfig.dat

2. 安裝與設定模式轉換工具

安裝 usb-modeswitch 會將有相依性的 usb-modeswitch-data 一併安裝起來。

pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get install -y usb-modeswitch

我們可以比較模式轉換前後的分別，這可幫助我們確認是否有成功轉換 3G 網卡成 USB 數據機。檢查方式是執行 ls /dev/tty*，在模式還沒有轉換前，可以看到最後兩項是 /dev/ttyAMA0 和 /dev/ttyprintk。

安裝完成後就要進行模式的設定，usb-modeswitch 需要和 udev 搭配。

udev 包含 user space daemon(udevd) 和工具程式 udevinfo(或 udevadm)，並可以讓使用者自訂規則存放於 /etc/udev/rules.d/ 下。有關 udev 可以看 wiki 的介紹。

udev 是 Linux kernel 2.6 系列的設備管理器。它主要的功能是管理 /dev 目錄底下的設備節點。它同時也是用來接替 devfs 及 hotplug 的功能，這意味著它要在添加/刪除硬件時處理 /dev 目錄以及所有用戶空間的行為，包括加載 firmware 時。

實際上 usb-modeswitch 和 udev 的運作順序如下：

* /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules：udev 的規則文件，如果設備被識別(包括 Vendor ID 和 Product ID)就會啟動 usb_modeswitch。
* /lib/udev/usb_modeswitch：執行 usb_modeswitch_dispatcher 的 script。
* /usr/sbin/usb_modeswitch_dispatcher：usb_modeswitch 的 wrapper，用 tcl 寫的，會根據所選擇的設備與設定實際執行 /usr/sbin/usb_modeswitch。
* /etc/usb_modeswitch.conf：全域的設定檔案，也可用於單一的設備設定資訊。
* /etc/usb_modeswitch.d：該文件夾包含了各別設備的獨立設定資訊，各別裝置的設定檔案是用設備的 ID 來命名。
* /usr/sbin/usb_modeswitch：實際轉換裝置模式的二進位程式。

因此我們要新增網卡設備的規則到 /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules：

pi@raspberrypi ~ $ sudo vi /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules

在檔案最後加上兩行。

# E1820
ATTRS{idVendor}=="12d1", ATTRS{idProduct}=="1446", RUN+="usb_modeswitch '%b/%k'"

其中 idVendor="12d1" 和 idProduct="1446" 這些資訊是由 lsusb 得到的。

接著再將網卡要轉換的資訊加到 /etc/usb_modeswitch.conf 下。

pi@raspberrypi ~ $ sudo vi /etc/usb_modeswitch.conf

在檔案最後加上幾行。

DefaultVendor=0x12d1
DefaultProduct=0x1446

TargetVendor=0x12d1
TargetProduct=0x14ac

MessageContent="5553424312345678000000000000061e000000000000000000000000000000"

DefaultVendor 和 DefaultProduct 也是剛剛 lsusb 的結果。但 TargetVendor 和 TargetProduct 就需要上網爬文，例如這裡有提供。

而將 EnableLogging=0 改為 EnableLogging=1 可在 /var/log 下查看 usb_modeswitch_** 的 log 方便除錯。

如果設定沒問題，重開機用 dmesg 就可以看到已經成功的將 USB 數據機(usb 1-1.4) 掛載到 ttyUSB0、ttyUSB1 和 ttyUSB2。

... skip ...
[    7.062368] usb 1-1.4: new high-speed USB device number 6 using dwc_otg
[    7.185037] usb 1-1.4: New USB device found, idVendor=12d1, idProduct=1446
[    7.208299] usb 1-1.4: New USB device strings: Mfr=3, Product=2, SerialNumber=0
[    7.230322] usb 1-1.4: Product: HUAWEI Mobile
[    7.250718] usb 1-1.4: Manufacturer: Huawei Technologies
[    7.273445] usb-storage 1-1.4:1.0: USB Mass Storage device detected
[    7.297764] scsi0 : usb-storage 1-1.4:1.0
[    7.313332] usb-storage 1-1.4:1.1: USB Mass Storage device detected
[    7.342617] scsi1 : usb-storage 1-1.4:1.1
[    8.315111] scsi 0:0:0:0: CD-ROM            HUAWEI   Mass Storage     2.31 PQ: 0 ANSI: 2
[    8.345229] scsi 1:0:0:0: Direct-Access     HUAWEI   TF CARD Storage       PQ: 0 ANSI: 2
[    8.373824] sd 1:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk
[    9.630014] scsi 0:0:0:0: Attached scsi generic sg0 type 5
[    9.773321] sd 1:0:0:0: Attached scsi generic sg1 type 0
[    9.819475] sr0: scsi-1 drive
[    9.942382] cdrom: Uniform CD-ROM driver Revision: 3.20
[   10.122331] sr 0:0:0:0: Attached scsi CD-ROM sr0
[   11.142844] usb-storage 1-1.4:1.0: USB Mass Storage device detected
[   11.153861] usb 1-1.4: USB disconnect, device number 6
[   11.176368] scsi2 : usb-storage 1-1.4:1.0
[   11.208558] scsi 1:0:0:0: rejecting I/O to offline device
[   11.218302] scsi 1:0:0:0: killing request
[   15.762375] usb 1-1.4: new high-speed USB device number 7 using dwc_otg
[   15.885281] usb 1-1.4: New USB device found, idVendor=12d1, idProduct=14ac
[   15.906715] usb 1-1.4: New USB device strings: Mfr=4, Product=3, SerialNumber=0
[   15.929998] usb 1-1.4: Product: HUAWEI Mobile
[   15.959491] usb 1-1.4: Manufacturer: Huawei Technologies
[   15.999001] usb-storage 1-1.4:1.5: USB Mass Storage device detected
[   16.040642] scsi3 : usb-storage 1-1.4:1.5
[   16.057131] usb-storage 1-1.4:1.6: USB Mass Storage device detected
[   16.099706] scsi4 : usb-storage 1-1.4:1.6
[   16.366181] EXT4-fs (mmcblk0p2): re-mounted. Opts: (null)
[   16.445601] usbcore: registered new interface driver cdc_ether
[   16.491873] usbcore: registered new interface driver usbserial
[   16.586318] usbcore: registered new interface driver usbserial_generic
[   16.617253] usbcore: registered new interface driver cdc_wdm
[   16.679164] usbserial: USB Serial support registered for generic
[   16.721907] qmi_wwan 1-1.4:1.1: cdc-wdm0: USB WDM device
[   16.751517] qmi_wwan 1-1.4:1.1 wwan0: register 'qmi_wwan' at usb-bcm2708_usb-1.4, WWAN/QMI device, a6:37:fd:d4:42:14
[   16.800868] usbcore: registered new interface driver qmi_wwan
[   16.830143] usbcore: registered new interface driver option
[   16.866417] usbserial: USB Serial support registered for GSM modem (1-port)
[   16.953166] option 1-1.4:1.0: GSM modem (1-port) converter detected
[   17.008423] usb 1-1.4: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB0
[   17.054788] scsi 3:0:0:0: CD-ROM            HUAWEI   Mass Storage     2.31 PQ: 0 ANSI: 2
[   17.095286] sr0: scsi-1 drive
[   17.113002] sr 3:0:0:0: Attached scsi CD-ROM sr0
[   17.113502] sr 3:0:0:0: Attached scsi generic sg0 type 5
[   17.134929] option 1-1.4:1.3: GSM modem (1-port) converter detected
[   17.155709] scsi 4:0:0:0: Direct-Access     HUAWEI   TF CARD Storage       PQ: 0 ANSI: 2
[   17.193722] sd 4:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk
[   17.204968] sd 4:0:0:0: Attached scsi generic sg1 type 0
[   17.326895] usb 1-1.4: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB1
[   17.473045] option 1-1.4:1.4: GSM modem (1-port) converter detected
[   17.612898] usb 1-1.4: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB2
... skip ...

用 ls /dev/tty* 也可看到最後長出了 /dev/ttyUSB0、/dev/ttyUSB1 和 /dev/ttyUSB2。

pi@raspberrypi ~ $ ls /dev/tty*

這時候我們用 lsusb 也可以發現讀到的硬體資訊改變了，包括 idProduct 和名稱都有變化。

pi@raspberrypi ~ $ lsusb
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Standard Microsystems Corp. 
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp. 
... skip ...
Bus 001 Device 007: ID 12d1:14ac Huawei Technologies Co., Ltd. 
... skip ...

3. 安裝與設定撥號程式

安裝撥號程式 wvdial 會一同安裝 ppp。

pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get install -y wvdial

再來設定 wvdial.conf

pi@raspberrypi ~ $ sudo vi /etc/wvdial.conf

加上一個撥號的 profile。

[Dialer E1820]
Phone = *99#
APN = internet
Username = username
Password = password
Init1 = ATZ
Init2 = ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
Init3 = AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
Modem = /dev/ttyUSB0
Baud = 460800
Stupid Mode = 1

其中
* [Dialer xxx]：profile 名稱，之後撥號就會以 xxx 為名，可設定多組 profile。
* Modem：wvdial 所用的數據機設備位置，預設為 /dev/modem。
* Baud：wvdial 和數據機所溝通的 baud rate。
* Stupid Mode：如果啟用 stupid mode，數據機在和終端伺服器(terminal server)溝通時將不會出現提示，並且當數據機連上後會立即啟動 pppd。

使用 wvdial 進行撥號連線，選擇 E1820 的 profile。

pi@raspberrypi ~ $ sudo wvdial E1820

在進行 pppd 連線過程中，會看到像是亂碼的符號，但如果連線成功會得到 IP 和 DNS 的位址。

再用 ifconfig 查看網路介面資訊，可以發現多了一個 ppp0 的連線。

開啟瀏覽器，確認可以連上網際網路。

常見問與答

1. 如何測連線速度？

有關測網路的連線速度方法有很多，我們使用 speedtest-cli 這個用 python 寫的命令列測速套件，原始碼在 github。實際執行時，這個工具會連線到 speedtest.net 並測試上傳和下載的速度。

使用前需要先安裝相關的套件如下。

pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get install python-dev python-pip
pi@raspberrypi ~ $ sudo pip install speedtest-cli

執行 speedtest-cli。

pi@raspberrypi ~ $ speedtest-cli
Retrieving speedtest.net configuration...
Retrieving speedtest.net server list...
Testing from Chunghwa Telecom Co., Ltd. (223.136.198.66)...
Hosted by Taiwan Fixed Network (New Taipei) [7.30 km]: 91.097 ms
Testing download speed........................................
Download: 2.48 Mbits/s
Testing upload speed..................................................
Upload: 1.41 Mbits/s

speedtest-cli 會根據使用者所在的位置，連線到最近的伺服器做測速。我們可以加上 --list 列出在台灣的伺服器列表。

pi@raspberrypi ~ $ speedtest-cli --list | grep Taiwan
2133) Taiwan Fixed Network (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
2327) Far Eastone Telecommunications Co., Ltd. (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
5008) Asia Pacific Telecom (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
5661) NCIC Telcom (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
2188) TFN Media Co., Ltd. (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
3967) Chief Telecom (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
5056) Taipei Fiber (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
5660) NCIC Telcom (New Taipei, Taiwan) [9.09 km]
4505) Chief Telecom (New Taipei, Taiwan) [9.09 km]
5219) Taiwan Fixed Network (New Taipei, Taiwan) [9.09 km]
5067) Far Eastone Telecommunications Co., Ltd. (New Taipei, Taiwan) [9.09 km]
3921) Taiwan Fixed Network (Taoyuan, Taiwan) [31.66 km]
2589) Far EasTone Telecommunications Co., Ltd (Taoyuan, Taiwan) [31.66 km]
... skip ...

我們也可以指定伺服器做測試。只要在 speedtest-cli 後面加上伺服器的編號例如 --server 2133 就可以了。但我們實際測試時是沒有加上這個選項，而讓它自己選擇最近的伺服器。

2. 有其他網卡的設定可參考嗎？

以下是我們測過的幾張網卡的設定檔。

Huawei E220/Huawei E230

修改 /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules。

ATTRS{idVendor}=="12d1", ATTRS{idProduct}=="1003", RUN+="usb_modeswitch '%b/%k'"

修改 /etc/usb_modeswitch.conf。

DefaultVendor=0x12d1
DefaultProduct=0x1003
TargetVendor=0x12d1
TargetProductList="1001,1003,1406,140c,14ac"
MessageContent="55534243123456780000000000000011060000000000000000000000000000"

使用 speedtest-cli 的參考結果。

Huawei E372

修改 /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules。

ATTRS{idVendor}=="12d1", ATTRS{idProduct}=="1505", RUN+="usb_modeswitch '%b/%k'"

修改 /etc/usb_modeswitch.conf。

DefaultVendor=  0x12d1
DefaultProduct= 0x1505
TargetVendor=   0x12d1
TargetProduct=  0x140c
TargetProductList="1001,1406,140b,140c,1412,141b,1433,14ac,1506,150f"
MessageContent="5553424312345678000000000000061e000000000000000000000000000000"

使用 speedtest-cli 的參考結果。

Huawei E398u-1

修改 /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules。

ATTRS{idVendor}=="12d1", ATTRS{idProduct}=="1505", RUN+="usb_modeswitch '%b/%k'"

修改 /etc/usb_modeswitch.conf。

DefaultVendor=0x12d1
DefaultProduct=0x1505
TargetVendor=0x12d1
TargetProduct=0x1506
MessageContent="5553424312345678000000000000061e000000000000000000000000000000"

使用 speedtest-cli 的參考結果。

E372 和 E398 的 idProduct 相同，只是因為 Huawei 沒有給每一個裝置都使用唯一的 idProduct。

3. 這錯誤訊息是什麼意思？

--> WvDial: Internet dialer version 1.61
--> Initializing modem.
--> Sending: ATZ
ATZ
OK
--> Sending: ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
OK
--> Sending: AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
ERROR
--> Bad init string.
--> Initializing modem.
--> Sending: ATZ
ATZ
OK
--> Sending: ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
OK
--> Sending: AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
ERROR
--> Bad init string.
--> Initializing modem.
--> Sending: ATZ
ATZ
OK
--> Sending: ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
OK
--> Sending: AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
ERROR                                             
--> Bad init string.

會發生這樣錯誤訊息的可能性有很多種，比如說網卡和 /etc/usb_modeswitch.conf 不匹配，或是 wvdial.conf 連線設定有誤，有可能是 SIM 卡沒安裝或沒插好，也有可能是網卡壞掉，甚至有時候從 Model B 換到 Model B+ 就解決了。

4. 如果發現連線到一半容易斷線該怎麼辦？

這通常是供電不足造成的結果。如果使用好的電源還是會容易斷線的話，解決方法第一個可以先修改 /boot/config.txt 如下，讓 USB 的電流可以從 600mA 提升到 1200 mA。

max_usb_current=1

解決方法第二是接一個有獨立供電的 USB Hub，問題就會解決了。

參考資料：
* Huawei E220
* How to setup a USB 3G Modem on Raspberry PI using usb_modeswitch and wvdial
* Use 3g/UMTS USB Dongle for WAN connection
* USB_ModeSwitch – Handling Mode-Switching USB Devices on Linux
* usb_modeswitch(1) – Linux man page
* udev
* Device Reference
* Linux / Unix Command: wvdial.conf
* Huawei E372 mobile broadband
* TROUBLESHOOT HUAWEI E398 ON MANJARO LINUX
* How to check Internet Speed via Terminal?