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# System prepended metadata

title: WTH... Spielplatz?

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# WTH... Spielplatz?

Unser Spielplatz ist in Wirklichkeit eine High-Tech-Robotik Lernumgebung, in der Du folgende Dinge lernen kannst:

* Wie verbinde ich mich von überall auf dem Planeten mit einem Server?
* Wie finde ich mich auf dem Rechner zurecht?
* Wie ist es, wenn ich mir die gleiche Hardware mit anderen Benutzern teile?
* Wie kann ich Sensoren auslesen und die Daten verarbeiten?
* Wie kann ich Aktoren ansteuern?
* Welche Probleme treten bei all diesen Dingen auf?

# Was Du dafür können musst

Grundsätzlich sind die Aufgaben so aufgebaut, dass man ohne Vorkenntnisse zurecht kommen sollte. Vieles von dem, was Du in der Grundschule gelernt hast, ist ausreichend für die Aufgaben.

* Lesen, Schreiben, Englisch, Mathe
* Grundkenntnisse in Python sind hilfreich

# Wo Du Hilfe finden kannst

* Zunächst ist es hilfreich, wenn Du in der Schule was gelernt hast.
* Kontaktiere Deinen Lehrer und stelle Fragen.
* Suche Dir einen der zahlreichen Tutorials aus dem Internet (auch Youtube bietet Hilfe), wenn Dir Grundlagen fehlen. Empfehlenswert sind:
 * http://www.toxicode.fr/learn (nicht für eine spezielle Programmiersprache)
 * https://www.python-kurs.eu/
 * https://www.raspberrypi.org/learn/ (Englisch)
 * https://tutorials-raspberrypi.de/ (deutschsprachige Sammlung auch für Kinder)

# Dokumentation

![Weg, den Datenpakete vom Benutzern nehmen müssen.](./images/graphviz/Benutzer_zu_Playground.png)

## Disclaimer

Aktuell (16.2.2020) ist der Playground stark in Arbeit. *Level0* ist online und aus dem Internet erreichbar. Level0 besteht nur aus einem PI4 und einer angeschlossenen Kamera. Weitere Level, also Aufbauten mit Sensoren und Aktoren, werden im Laufe der nächsten Wochen gebaut und getestet. Gerade die erste Generation Schüler*innen hat hier Einfluss. Du kannst Rückmeldung geben, was gut klappt und was nicht. Schreibe dazu an baldauf@gruener-campus-malchow.de .

## Zugriff auf den Playground

Grundsätzlich wird per SSH (https://de.wikipedia.org/wiki/Secure_Shell) auf die einzelnen Level zugegriffen. Der Gund: Profis arbeiten weltweit mit SSH. Es ist leicht zu erlernen und leicht zu benutzen. Man benötigt dafür lediglich einen SSH-Client.

Nehmen wir an, der Playground ist über die öffentliche IP-Adresse 91.10.134.126 erreichbar. Der Benutzername ist vielleicht *maxinemusterfrau*. Dann wäre der Befehl im Terminal

~~~
ssh maxinemusterfrau@91.10.134.126
~~~

Nun gibt man sein Passwort ein (Achtung, das kann man nicht sehen) und ist, wenn Passwort und Benutzername stimmen, eingeloggt.

### Linux, Windows und MacOS

Beide freie(re) Betriebssysteme haben SSH-Clients standardmäßig an Bord. Seit Windows 10 ist auch SSH aus dem Terminal heraus benutzbar.

### Android

Empfehlenswert ist Termux (https://termux.com/), das man über den freien App-Store F-Droid (https://f-droid.org/packages/com.termux/) oder über den Google-Playstore (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.termux&hl=de&gl=US) beziehen kann.

### Mit SSH-Keys einloggen

Wenn man sich ein paar mal angemeldet hat wird man feststellen, dass man sein Passwort jedes Mal aufs neue eingeben muss. Das kann auf Dauer ziemlich nervig werden. Doch es gibt Rettung: **SSH-Schlüssel**

#### SSH-Schlüsselpaar erstellen
Ein SSH-Schlüsselpaar besteht aus einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel. Den Privaten Schlüssel zeigt man niemandem und behält ihn auf dem Gerät, wo er erstellt wurde. Den öffentlichen Schlüssel hingegenBeide können mit einem einzigen Befehl erzeugt werden:
~~~bash
ssh-keygen
~~~
Der Befehl gibt in etwa das aus:
![SSH-Schlüsselpaar erstellen](./images/generate_keypair.jpg)

Nun gibt es zwei Möglichkeiten den öffentlichen Schlüssel auf den Server zu bewegen.

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#### Den Schlüssel automatisch transferieren

Das ist die einfachere Variante funktioniert allerdings nur, wenn 
*MacOS* oder *Linux* benutzt wird. Nehmen wir an, dass die IP und der Benutzername sich nicht geändert haben, so ist der Befehl
~~~bash
ssh-copy-id maxinemusterfrau@91.10.134.126
~~~
Dort gibt man sein Passwort ein letztes Mal ein und dann ist man fertig.

#### Den Schlüssel manuell transferieren


Solltest du ein *Windows*-System verwenden, oder `ssh-copy-id`
hat nicht geklappt, dann wird das Ganze ein wenig komplizierter.
:::spoiler Aufklappen um die Schritte zu sehen

##### 1. Schlüssel beschaffen

Zuerst musst du in den Benutzer auf dem Computer gehen, auf welchem du die Schlüssel erstellt hast. Dort findest du dann einen Ordner namens ".ssh/",
![Benutzerordner mit .ssh](./images/home_folder_with_ssh.jpg)
in welchem du dann die Datei "id_rsa.pub" findest
![SSH Ordner mit id_rsa](./images/ssh_folder_with_id_rsa.jpg)
deren kompletten Inhalt makierst du jetzt und kopierst ihn.

##### 2. Vorbereitung auf dem Server

Nun loggst du dich auf dem Server ein. Nehmen wir an, dass die IP und der Benutzername sich nicht geändert haben, so ist der Befehl
~~~bash
ssh maxinemusterfrau@91.10.134.126
~~~
Dann überprüfst du mithilfe dieses Befehls, ob das Verzeichnis ".ssh" bereits existiert:
~~~bash
ls ~/.ssh/
~~~
Wenn dieser Befehl nun etwas wie
~~~bash
ls: cannot access '/home/maxinemusterfrau/.ssh/': No such file or directory
~~~
ausgibt, so muss das Verzeichnis zuerst erstellt werden. Dafür benutzt man den Befehl
~~~bash
mkdir ~/.ssh
~~~
##### 3. Schlüssel einfügen

Nun da alle Vorbereitungen abgeschlossen sind, öffnen wir einen Texteditor im Terminal. Ich benutze dafür `nano`:
~~~bash
nano ~/.ssh/authorized_keys
~~~
![Nano](./images/nano.jpg)
Hier fügt man dann den öffentlichen Schlüssel ein, den man vorher kopiert hat. Sollte in der Datei bereits etwas stehen, so fügt man den Schlüssel einfach in der nächsten Zeile ein.
Um nun zu speichern und den Texteditor zu verlassen, drückt man
1. `Strg+x`
1. `y`
1. `Enter`

:::
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#### Ausprobieren

Jetzt kannst du versuchen dich mithilfe von `exit` auszuloggen und dann wieder mit `ssh` einzuloggen. Du solltest diesmal kein Passwort mehr eingeben müssen.

## Level0

Level0 ist ein Raspberry Pi 4, an den eine Kamera angeschlossen ist. Mit diesem kannst Du Grundlagen der Benutzung von Linux lernen oder wiederholen. Gleichzeitig kannst Du mit den Bildern oder den Videos, die damit gemacht werden, die Experimente der späteren Level überwachen. Eine weitere wichtige Funktion ist, dass Level0 den Eingang zu den späteren Level darstellt. Von hier geht es mit ssh zu den anderen Level.

# Howto: Level0 bauen und sichern

## Installation

Wie man einen Raspi installiert, kann man überall im Netz finden, das wiederhole ich nicht.

## Nach dem Flashen

Ich lege eine leere Datei namens "ssh" in die Boot-Partition. Dadurch wird der SSH-Server automatisch aktiviert und ich komme ohne Maus, Tastatur und Bildschirm über ein Terminal über das Netzwerk an den Pi.

Dazu sollte der Pi per LAN-Kabel an ein Netz angeschlossen sein. Ich besorge mir von dem Router (bzw. DHCP-Server) die IP-Adresse des Pi mit dem Hostname "raspberrypi".

Wenn ich seine IP-Adresse habe, kann ich mich mit SSH verbinden...

![SSH-Datei erstellen](./images/tut_01.png)

## Konfiguration

Ich verbinde mich mit dem Pi und gebe das Standard-Passwort "raspberry" ein, dann starte ich das mitgelieferte Konfigurationsprogramm.

~~~bash
ssh pi@192.168.23.14
sudo raspi-config
~~~

![Sich mit dem Pi verbinden](./images/tut_02.png)

In den System-Options 

1. ...gebe ich dem Pi einen neuen Hostname, damit ich ihn später leichter im Netzwerk erkennen kann. Wenn im LAN DNS funktioniert, kann ich damit auch den Pi erreichen.

1. Ich setze ein neues Admin-Passwort (SEHR SEHR SEHR SEHR Wichtig).

In den Interface-Options

1. Aktiviere ich die Kamera...

Das ist das Minimale. Natürlich kann man noch Updates installieren und die Ländereinstellungen machen. Wenn man letzteres aber nicht tut, funktioniert auch kein Wifi und ich habe keinen potentiellen Wifi-Sniffer.

Neustarten will der Pi nach Abschluss der Konfiguration von selbst.

![Das Konfigurationsprogramm](./images/tut_03.png)

## Feste IP-Adresse einstellen

Das ist nicht Pflicht, aber bei uns ist der Pi in einer [DMZ](https://de.wikipedia.org/wiki/Demilitarisierte_Zone_(Informatik)) und ich muss eine ordentliche [NAT-Konfiguration](https://de.wikipedia.org/wiki/Netzwerkadress%C3%BCbersetzung) machen. Das erkläre ich hier nicht. Das Ziel ist, dass Anfragen am DSL-Router auf dem Standard-SSH-Port an den Pi mit der festen IP geleitet werden. Darum geht es.

Man öffnet hierzu die Konfig-Datei des DHCP-Clients:

~~~bash
sudo nano /etc/dhcpcd.conf
~~~

Ich scrolle bis zu den mitgelieferten Beispielen:

![Beispiel vor der Änderung](./images/tut_04.png)

Nun kommentiere ich die Zeilen aus und ändere den Inhalt nach meinen Vorstellungen. In diesem Fall bekommt der Pi eine Adresse, die zu der restlichen Netzwerkkonfiguration passt.

![Einstellung nach der Änderung](./images/tut_05.png)

Nach dem Speichern, fahre ich den Pi herunter und schließe ihn in der DMZ dort an, wo ich ihn brauche.

~~~bash
sudo halt
~~~

Schließlich testen wir, ob der Pi ordentlich aus dem internen Netz erreichbar ist.

~~~bash
ping 192.168.33.22
~~~

![Ein Ping, Juchu, alles wird gut](./images/tut_06.png)

## Gatekeeper statt dyndns

Normalerweise würde man für solche Szenarien ein [DynDNS](https://de.wikipedia.org/wiki/Dynamisches_DNS) einrichten. Das tun wir aber aus zwei Gründen nicht:

1. (Dyn)DNS versteckt einen Teil der Funktionsweises des Internets und von aktuellen LANs. Das Eintippen und Besorgen von IP-Adressen ist für die Schüler*innen vielleicht lästig, wird sich aber sicher in ihre Erinnerung brennen.

1. Durch den ständigen Wechsel der IP-Adresse verstecken wir uns regelmäßig vor Angreifern. Also zumindest vor weniger guten Angreifern der Art [Scriptkiddie](https://de.wikipedia.org/wiki/Scriptkiddie).

Loggen wir uns zunächst auf dem Pi ein und starten das Einstellen eines Cronjobs

~~~bash
crontab -e
~~~

![Beim ersten mal crontab editieren wird man gefragt, welchen Editor man nimmt. Ich mag nano.](./images/tut_07.png)

Dort ergänzt man die Zeile

~~~bash
*/10 * * * * /usr/bin/curl "https://gcm.schule/url/zum/gatekeeper/?api=megageheim" > /dev/null
~~~
Natürlich hängt die URL davon ab, wie man den Gatekeeper gebaut hat.

![Die URL ist hier verändert...](./images/tut_08.png)

## Erstellung einer Video-Gruppe

Diese Hinweise sind nur wichtig, wenn man einen level0-Rechner nachbauen möchte. Also für Leute, die einen eigenen Pi mit Kamera betreiben und fremden Benutzern den Zugriff auf die Kamera gestatten wollen. Die Befehle sind von https://mike632t.wordpress.com/2014/06/26/raspberry-pi-camera-setup/ übernommen un getestet.

Zunächst wird die eine Benutzergruppe erstellt, die "video" heißt.

~~~bash
sudo su
echo 'SUBSYSTEM=="vchiq",GROUP="video",MODE="0660"' > /etc/udev/rules.d/10-vchiq-permissions.rules
reboot
~~~

Wenn man nun einen Benutzer anlegt, kann man ihn nach der Erstellung gleich der Gruppe hinzufügen:

~~~
sudo adduser maxinemusterfrau 
sudo adduser maxinemusterfrau video
~~~

## Einrichten von Quotas

Damit Benutzer nicht versehentlich mit der Kamera ein Video erstellen, dass den gesamten Speicher belegt, müssen Quotas eingerichtet werden.

TODO!!!!