Linux网桥简介、入门与配置

news2024/9/20 14:55:48

开始之前先得介绍一下什么是网桥，这里我们假设大家已经知道了物理的交换机是工作在链路层的。交换机的主要任务是在链路层查找转发表（mac地址与端口对应关系表），按照数据帧的目标mac地址，转发数据帧到相应的端口。那么什么是网桥呢，网桥是个远古的概念的，它是交换机出来前区别于工作在物理层的集线器(多端口中继器)的能将二个小的局域网在链路层连接成一个大的局域网，但又分成二个独立的冲突域的设备。有兴趣的可以自行考古(中继器，集线器，网桥，交换机的历史与区别)。简单的说我们可以将网桥理解为一个二口交换机。而Linux网桥，我们可以简单的把它理解为可以把一台多网卡的Linux主机设置成一台软件交换机来使用的软件。

1、通常的局域网络结构

以下为一个典型的交换机构成的网络：

在这里插入图片描述

Linux网桥构建的网络（本文不讨论虚拟主机下的 Linux网桥的功能）：
在物理世界中，如果你有一台多网卡的主机，那么你就可以让其中一台主机替代交换机的功能，你可以在这台多网卡主机上创建一个Linux网桥，把部分或者全部所有网卡都加入到网桥里。再把其它主机连接到这台多网卡的主机上，那就形成了一个标准的局域网络。如下图。

2、Linux网桥的功能

所以Linux网桥和交换机一样，有二大功能：

MAC学习：学习MAC地址，它会关心每个收到或者发送的数据，关心数据包的来源MAC是从自己的哪个端口来的，然后慢慢的建立地址-端口的对照表（转发表）。
报文转发：每个发送一个数据包，它都会提取其目的MAC地址，从自己的地址-端口对照表(转发表)中查找应该由哪个端口把数据包发送出去，然后转发数据。

除了上述功能外，Linux网桥还会产生一个虚拟的网络接口，这个接口可以和普通的网卡一样，配置IP地址(静态或者DHCP)，建立了Linux网桥的这台主机，以及所有连接在这个网桥上的设备，可以通过这个接口与外界进行IP网络层的通信(如上图中接收路由器分配的IP地址，通过路由器的上网)。

3、在ubuntu下如何使用netplan配置一个网桥

这是一台有4张网卡的主机，分别是enp2s0、enp3s0、 enp4s0、 eno1

ifconfig -a | grep mtu
eno1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
enp2s0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST>  mtu 1500
enp3s0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST>  mtu 1500
enp4s0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST>  mtu 1500

我们准备把这4张网卡加入同一个网桥br0, 关闭所有网卡的DHCP请求功能，并开启这个网桥通过DHCP自动获取IP地址的功能。我们可以通过在/etc/netplan目录下增加一个br0.yaml文件，用于描述这个网桥，及关闭各个网卡的dhcp获取IP地址功能来实现Linux网桥。

xxx@xxx-HP-PC:~$ ls -l /etc/netplan/
总计 8
-rw-r--r-- 1 root root 104  8月  9  2022 01-network-manager-all.yaml
-rw-r--r-- 1 root root 594  4月 21 21:43 br0.yaml

用vi打开这个文件，

vi /etc/netplan/br0.yaml

把以下内容加入到这个文件中。

# Let NetworkManager manage all devices on this system
network:
  version: 2
  renderer: NetworkManager
meihualing@xx-HP-PC:~$ cat /etc/netplan/br0.yaml
network:
  version: 2
  renderer: NetworkManager
  ethernets:
    eno1:
      dhcp4: no
      dhcp6: no
    enp2s0:
      dhcp4: no 
      dhcp6: no 
    enp3s0:
      dhcp4: no 
      dhcp6: no 
    enp4s0:
      dhcp4: no 
      dhcp6: no 
  bridges:
    br0:
      interfaces:
        - enp2s0
        - enp3s0
        - enp4s0
        - eno1
      dhcp4: yes 
      dhcp6: yes 
      #addresses:
      #  - 192.168.3.166/24
      #routes:
      #  - to: default
      #    via: 192.168.3.1
      #nameservers:
      #  addresses: [192.168.3.1, 8.8.8.8]
      parameters:
        stp: false

使用netplan apply命令让网桥生效

sudo netplan apply

生效后，通过ip addr show和brctl show可以看到以下网络配置结果

生成了一个br0网桥
4个网卡都加入了br0网桥
网桥接口br0通过DHCP请求，从上游 DHCP SERVER请求到了IP地址192.168.3.122

xxx@xxx-HP-PC:~$ ip addr show
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: enp2s0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc mq state DOWN group default qlen 1000
    link/ether a0:36:9f:56:98:45 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
3: enp3s0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc mq state DOWN group default qlen 1000
    link/ether a0:36:9f:56:95:be brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
4: enp4s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq master br0 state UP group default qlen 1000
    link/ether a0:36:9f:57:18:d2 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
5: eno1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel master br0 state UP group default qlen 1000
    link/ether 8c:dc:d4:41:8b:ac brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    altname enp0s25
7: br0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether 82:61:84:35:97:fb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.3.112/24 brd 192.168.3.255 scope global dynamic noprefixroute br0
       valid_lft 604763sec preferred_lft 604763sec
    inet6 fe80::8061:84ff:fe35:97fb/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever


xxx@xxx-HP-PC:~$ brctl show
bridge name	bridge id		STP enabled	interfaces
br0		8000.8261843597fb	no		eno1
							enp2s0
							enp3s0
							enp4s0

4、最后构建出如下网络：

注意，任何一个网卡都可以做为和路由去去连接的物理网卡，这个网卡会负责起br0接口上的报文收发的工作。

                                         +- 网桥服务器---+
                                     +---+192.168.3.112|          +--电脑3-------+
                                     |   |       enp2s0+----------+ eth0        |
                                     |   |       enp3s0+----      |192.168.3.115|
                                     |   |  Bridge br0 |    |     +-------------+
                                     |   +-------------+    |       
                 +- 路由器 -----+     |                      | 
                 | Firewall    |     |   +--电脑1-------+    |     +--电脑4------+
(外网)----WAN-----+ DHCP server +-LAN +---+ 10.10.0.3   |    + ----+ eth0        |
                 | 192.168.3.1 |     |   +-------------+    |     |192.168.3.116|
                 +-------------+     |                            +-------------+
                                     |   +--电脑2-------+
                                     +---+ 10.10.0.4   |
                                         +-------------+