树莓派：漂洋过海来看你
给树莓派连上显示器和键盘鼠标，就可以像使用一台电脑一样使用它了。但很多时候，我们是把体积小巧的树莓派当做一个便携设备来使用的。这种时候，用户可不希望随身带着体积庞大的鼠标、键盘和显示器。如果能用手中的电脑直接连接树莓派，然后用该电脑的输入输出设备来操纵树莓派电脑，就可以省去很多不必要的麻烦。除此之外，树莓派在物联网情境下的应用，也离不开多样的远程连接方式。
局域网SSH登陆
常见的家庭或办公网络都是以一个WiFi路由器为中心的。这种局域网场景下，可以很容易的用SSH的方式来远程登陆树莓派。SSH是用于远程服务器管理的加密协议。SSH分为服务器和客户端两端。树莓派将作为服务器端，而同一局域网下的另一台电脑可以作为客户端。客户端成功登陆之后，我们可以从客户端用命令行的方式来远程操作服务器端。
首先，我们需要开启树莓派上的SSH服务器。树莓派已经预装好了SSH服务器，我们只需要进入树莓派的设置页面开启就可以。从终端用命令行进入设置页面：
sudo raspi-config
然后在"5 Interfacing Options" -> "P2 SSH"中打开SSH服务器：
为了远程连接，我们必须知道树莓派的IP地址。在树莓派上，我们可以用ifconfig命令来找到树莓派的IP地址：
ifconfig
从ifconfig的输出中找到树莓派在局域网中的IP地址。比如ifconfig输出中给出了对应WiFi连接的wlan0端口地址为192.168.1.101。这个时候，就可以用同一局域网下的其他电脑来登录树莓派了。我们需要用这台电脑上的SSH客户端，比如说用UNIX下的ssh命令：
ssh pi@192.168.1.101
输入用户pi的密码，就可以远程登录到树莓派上。其实使用SSH客户端时，除了说明树莓派的IP地址，还需要一个端口号。在省略端口号时，客户端默认为端口22。在Windows下，可以使用PuTTy这样的SSH客户端软件。
Bonjour
但在上面的过程中，我们必须从树莓派本地运行ifconfig来查找它的IP地址，给远程登陆增加了不必要的麻烦。我们可以用局域网扫描工具来找到树莓派的IP地址。UNIX系统下提供了arp命令行工具，通过ARP协议来找到局域网下所有设备的MAC地址和对应的IP地址。此外，在不同的平台下也有很多图形化的局域网扫描软件，例如IPhone上的Fing、Mac OSX下的LanScan、跨平台的Angry IP Scanner，都可以帮助你列出同一局域网下所有设备的MAC地址和对应的IP。此外，你还可以登录路由器的管理页面。很多路由器都会列出连接设备及其IP。当然，通过这种方式得到的IP是一个列表，还要从中筛选出目标IP。如果局域网下设备较多，其过程还是比较痛苦。
更方便的，树莓派提供了对Bonjour的支持。Bonjour用于自动发现网络上的设备，可以实现局域网上的自动域名解析。在同一局域网下，可以用主机名.local的形式，找到对应的IP地址。由于树莓派的默认主机名是raspberrypi，因此可以用raspberrypi.local来登陆到树莓派：
ssh pi@raspberrypi.local
如果局域网内有多个以raspberrypi为名的主机，那么Bonjour将依次把它们称呼为：
raspberrypi raspberryipi-2 raspberryipi-3 ...
为了彻底避免主机名的冲突，你还可以重新命名树莓派的主机名。在raspi-config的设置页面中，选择"7 Advanced Options"->"A2 Hostname"，更改主机名再重新启动树莓派，就能以新的主机名来进行Bonjour寻址。需要注意的是，Windows系统并没有自带对Bonjour的支持。你可以通过下载安装iTunes或"Bonjour Print Services for Windows"来获得Bonjour功能。
Bonjour给设备了提供了一个动态域名，用于对应该设备的IP地址。在Mac OSX下，你可以用下面命令来查询背后的IP地址：
dns-sd -q raspberrypi.local
互联网SSH登陆
介绍了局域网和点对点情况下的SSH登陆，我们可以把野心放大一点，尝试在互联网环境中远程登陆SSH。我下面用几种不同的方式实现。
1）NAT端口映射
如果我们能拿到树莓派在互联网上的公网IP地址，那么就可以直接用一个命令SSH到该IP地址。问题是，现在大部分局域网络都用DHCP来给设备分配网内的私有IP，很可能只有网关才享有一个公网IP地址。有些网关允许设置基于NAT的端口映射。如下图所示，一组公网IP和端口号，能对应唯一的私网IP和端口号。这种情况下，我们就能从外网连接到局域网中的树莓派：
我们可以利用这一机制来找到树莓派，比如说，通过设置网关，让公网的199.165.145.1:8999对应私网的10.0.0.1:22。这里的199.165.145.1是网关的公网IP。10.0.0.1是树莓派的私网IP。22是SSH协议的默认端口。这时在互联网上的其他电脑上，就可以SSH连接到局域网中的树莓派：
ssh pi@199.165.145.1:8999
为了用该方法，我们的网关必须允许相关的端口映射设置。而很多网关出于安全考虑，完全不向外网开放类似的端口映射。因此，这一方法看似可行，但实践中会遇到很多困难。
2）REMOT3.IT
树莓派官网提供了一种简便的方法，即使用Weaved公司推出的REMOT3.IT。首先要在树莓派上安装相关的工具：
sudo apt-get install weavedconnectd sudo weavedinstaller
在安装过程中，REMOT3.IT会要求你输入REMOT3.IT网站的账户信息。树莓派上安装完成后，在REMOT3.IT网站登陆自己的账户，就能看到树莓派设备。如下图所示，网站会提供用于在互联网上连接到该树莓派所需的地址和端口号。根据地址和端口号，你就可以在任何一个连接到互联网的电脑上，用SSH客户端访问该树莓派。这个服务很好用，只恨该网站不但会限制树莓派数目，还会限制SSH连接的时间。想要避免这些限制，就需要缴费了。
3）SSH反向隧道
其实，类似于REMOT3.IT的技术不难自行实现。我们可以用SSH反向隧道（reverse tunneling）技术，从外网远程登陆树莓派。首先，让树莓派主动向公网服务器的某个端口发起SSH连接，比如vameilab.com:8999，形成一个SSH隧道。当我们使用互联网上的其他电脑，通过SSH连接到服务器的这一端口时，服务器会把通信内容接力到与树莓派的SSH隧道中，最终抵达树莓派。整个过程如下图所示。由于公网服务器的域名和IP地址都相对固定，我们也不用为找不到树莓派的IP地址而头痛。
SSH反向隧道
了解原理之后，我们也可以自行实现一个类似的中继服务器。你可以使用Amazon或阿里云的弹性云来架设中继服务器。你需要在云的控制台中开放用于反向连接的端口，如8999。从树莓派上用SSH命令建立反向隧道：
ssh -R 8999:localhost:22 vamei@vameilab.com
上面的命令，从树莓派的22端口到vameilab.com的8999端口建立反向隧道。登陆时用的vamei是中继服务器上的一个账户。反向隧道建立之后，你就可以从互联网上直接登陆树莓派了：
ssh -p 8999 pi@vameilab.com
总结
这篇文章介绍了点对点、局域网、互联网三个层面的远程登陆。在这三个层面上，树莓派还有很多种其他的远程登陆方式。我会在未来继续探索，并不断补充到这篇文章中。