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第 21 章 网络配置 ​

Part 5 · 网络与远程

引子 ​

你的 Ubuntu 虚拟机能上网了——但它是通过 NAT 上的。 你想让开发板通过网络连到虚拟机，NAT 把它们隔开了。

嵌入式开发对网络的要求比日常上网高得多： 你需要固定 IP 让开发板能找到你，需要桥接模式让设备在同一网段， 需要配置 DNS 让域名解析正常工作。

ip 命令、netplan 配置文件、NetworkManager—— Ubuntu 有不止一种配置网络的方式， 它们各自管辖的范围不同，混用会出问题。

背景与动机 ​

如果你搜过「Linux 配置 IP」，你会发现一个奇怪的现象—— 一半教程在讲 ifconfig，另一半在讲 ip addr； 一半教你改 /etc/network/interfaces，另一半给你一个 YAML 文件。

这不是社区分裂，是时代的断层。

ifconfig 属于 net-tools 软件包，它最后一个版本停在 2001 年。 二十多年了。 ip 命令来自 iproute2，从 Linux 2.2 内核时代起就是官方推荐的替代品， 但因为 ifconfig 太深入人心，它硬是又活了二十年。 Ubuntu 20.04 及之后的版本默认不再预装 net-tools——你敲 ifconfig，系统会告诉你「command not found」。

ifconfig 不止是被替代了，是连安装源都快没了。

网络配置文件同样经历了一轮换血。Ubuntu 17.10 引入了 netplan—— 一个用 YAML 描述网络配置的系统。 在此之前，/etc/network/interfaces 是配置网络的唯一入口， 那个文件的语法……怎么说呢，能用，但不够灵活，更不够声明式。 netplan 的设计思路是：你写一份「我要什么样的网络」，它帮你翻译给底层去执行。

但这里有一个我们回避不了的问题——WSL2 和虚拟机的网络架构不同，开发板和主机的网络需求也不同。如果你在做嵌入式开发，NAT 模式下开发板根本找不到你的虚拟机。 你需要桥接，你需要固定 IP，你需要理解这些概念之间的关系。

概念层 ​

网络接口：eth0、ens33 和朋友们 ​

Linux 里每一个网络连接都对应一个「接口」（interface）。 有线网卡通常叫 eth0 或 ens33，无线网卡叫 wlan0 或 wlp2s0。

你可能会好奇：为什么有的是 eth0，有的是 ens33？

这是 systemd 的「可预测命名」（Predictable Network Interface Names）。 老的 eth0、eth1 是按驱动加载顺序编号的——如果你有两张网卡，换个插槽顺序就变了。 ens33 这种名字基于硬件拓扑（总线编号、插槽位置），无论重启多少次都一样。 对服务器和嵌入式设备来说，可预测性至关重要——你不会希望写好的网络配置因为重启后网卡换了名字而失效。

ip 命令家族：一个命令管一类事 ​

ip 是 iproute2 工具集的核心。它的设计哲学和 ifconfig 完全不同——不是用一个命令管所有事，而是用子命令分工：

bash
ip addr    → 地址管理（取代 ifconfig 的地址部分）
ip link    → 链路层管理（启停接口、查看 MAC 地址）
ip route   → 路由管理（取代 route 命令）
ip neigh   → ARP 表管理（取代 arp 命令）

ifconfig 把地址、统计、标志位搅在一块输出， ip addr 只管地址，ip link 只管链路状态，ip -s link 才显示统计—— 信息分层更清晰，脚本解析也更容易。

netplan：声明式配置的翻译官 ​

你可以把 netplan 想象成一位翻译官—— 你用 YAML 写一份「我想要什么样的网络」，netplan 帮你翻译给底层的 networkd 或 NetworkManager 去执行。

但「翻译官」这个比喻有一个地方是不准确的： 真正的翻译官是在两种语言之间双向转换，netplan 的翻译是单向的—— 你写 YAML，netplan 生成 backend 配置，但反过来不会自动同步。 这意味着，如果你用 nmcli 直接改了 NetworkManager 的配置，netplan 那边的 YAML 并不知道。 下次 netplan apply 一跑，你的修改就被覆盖了。

混用是踩坑的根源。

netplan 的配置文件放在 /etc/netplan/ 目录下，文件名以 .yaml 结尾。 如果有多个文件，按字母顺序合并。Ubuntu 默认只给一个，具体是哪个取决于安装方式：

  • 服务器版（Ubuntu Server）：00-installer-config.yaml（22.04）或 50-cloud-init.yaml（24.04），renderer 默认是 networkd
  • 桌面版（Ubuntu Desktop）：00-network-manager-all.yaml，renderer 是 NetworkManager

WSL2 的情况比较特殊——WSL2 的网络由 Windows 侧管理， /etc/resolv.conf 和 IP 地址都是动态生成的，一般不需要手动配置 netplan。 如果你在 WSL2 里做嵌入式开发，网络拓扑需要在 Windows 侧解决（比如端口转发或 WSL 的 mirrored 网络模式）。

DNS 解析：systemd-resolved ​

Ubuntu 22.04 和 24.04 默认使用 systemd-resolved 管理 DNS。 /etc/resolv.conf 实际上是一个符号链接，指向 /run/systemd/resolve/stub-resolv.conf—— 你不需要直接编辑它，DNS 服务器地址由 netplan 配置注入。

查看当前 DNS 状态：

bash
$ resolvectl status
# 预期输出（截取关键部分）
Global
       Protocols: -LLMNR -mDNS -DNSOverTLS DNS=yes/no
Link 2 (ens33)
    Current Scopes: DNS
         DNS Servers: 8.8.8.8 114.114.114.114

NAT 与桥接：嵌入式开发的分水岭 ​

这里有一个贯穿整章的概念：NAT 和桥接的区别。

你可以把 NAT（Network Address Translation）想象成一栋公寓楼—— 楼里每户人家有自己的内部编号（内网 IP），但对外只有一个大门（一个公网 IP）。 外面的人想寄信给你，只能寄到大楼门口，由物业（NAT 网关）转交。 如果你在公寓楼里，你想让隔壁楼的朋友直接走到你房间——做不到，他只能看到你们楼的大门。

桥接（Bridge）则像是同一街区里的独栋别墅—— 每户人家都有自己的门牌号，而且都在同一条街上（同一网段）。 任何人都可以直接走到你家门口敲门，不需要经过物业。

对于嵌入式开发来说，这个区别是决定性的： 开发板和你的开发机必须在同一网段才能直接通信。 NAT 模式下，开发板看不到虚拟机的内网 IP—— 就像你没法给公寓楼里某个房间直接寄信一样。 桥接模式让虚拟机拿到一个和你物理网络同网段的 IP， 开发板就能直接 ping 到它，直接 ssh 上去。

实践层 ​

4.1 查看当前网络状态 ​

动手改配置之前，先搞清楚现在是什么状况。

bash
# 查看所有网络接口及其 IP 地址
$ ip addr show
# 预期输出
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
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:ab:cd:ef brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.1.105/24 brd 192.168.1.255 scope global dynamic ens33
       valid_lft 86123sec preferred_lft 86123sec

lo 是回环接口（loopback），127.0.0.1 永远指向本机。 ens33 是你的网卡（名字可能不同），192.168.1.105/24 里的 /24 是 CIDR 表示法—— 子网掩码是 255.255.255.0，前 24 位是网络号，后 8 位是主机号。 dynamic 说明这个地址是 DHCP 分配的，valid_lft 是租约剩余时间。

bash
# 查看路由表——默认网关在哪
$ ip route show
# 预期输出
default via 192.168.1.1 dev ens33
192.168.1.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.1.105

default via 192.168.1.1 就是你的默认网关。 所有不知道往哪发的包，都扔给这个地址——通常是你路由器的内网 IP。

bash
# 查看接口链路状态
$ ip link show
# 预期输出
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 ...
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 ...
    link/ether 00:0c:29:ab:cd:ef brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

UP 说明接口已启用。如果显示 DOWN，要么网线没插，要么接口被手动关了（ip link set ens33 down）。

4.2 用 netplan 配置静态 IP ​

DHCP 分配的 IP 每次重启都可能变。对开发板来说，它需要一个稳定的地址来连接你的开发机。

先看一下当前 netplan 目录里有什么：

bash
$ ls /etc/netplan/
# Ubuntu 22.04 服务器版常见输出
00-installer-config.yaml
# Ubuntu 24.04 服务器版常见输出
50-cloud-init.yaml
# 桌面版常见输出
00-network-manager-all.yaml

动它之前，先备份。这是一条铁律。

bash
# 备份当前配置（文件名以实际为准）
$ sudo cp /etc/netplan/00-installer-config.yaml \
           /etc/netplan/00-installer-config.yaml.bak

⚠️ netplan 配置写错了，网络直接断。 如果你是 SSH 连上去操作的，改完 netplan apply 之后连不上就尴尬了。建议在虚拟机控制台（而非 SSH）里操作，或者改完先 sudo netplan try——它会等你在 120 秒内按回车确认，超时自动回滚到旧配置。

编辑配置文件：

bash
$ sudo vim /etc/netplan/00-installer-config.yaml

把 ens33 配成静态 IP 192.168.1.100：

yaml
network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    ens33:
      addresses:
        - 192.168.1.100/24
      routes:
        - to: default
          via: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses:
          - 8.8.8.8
          - 114.114.114.114

⚠️ YAML 对缩进极度敏感。 用空格，不要用 Tab。每一层缩进 2 个空格。少一个空格或多一个空格，netplan apply 就报解析错误。YAML 不像 Python 会告诉你哪一行出了问题——它只会说 Invalid YAML，让你自己找。

应用配置：

bash
# 安全方式：等待确认，超时自动回滚
$ sudo netplan try
# 预期输出
Do you want to keep these settings?

Press ENTER before the timeout to accept the new configuration

Changes will revert in 119 seconds
Configuration accepted.

# 或者直接应用（没有回滚保护）
$ sudo netplan apply

验证新配置生效了：

bash
$ ip addr show ens33
# 预期输出应包含
inet 192.168.1.100/24 brd 192.168.1.255 scope global ens33

$ ip route show
# 预期输出
default via 192.168.1.1 dev ens33
192.168.1.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.1.100

4.3 配置桥接模式 ​

如果你用的是 VMware 或 VirtualBox，第一步是在虚拟机软件的设置里把网络适配器从「NAT」切换到「桥接」（Bridged）。 这是在虚拟机软件里改的，不是在 Ubuntu 里改。

改完之后重启虚拟机网络（或直接重启虚拟机），虚拟机就像一台独立设备接在你的物理路由器上， 通过 DHCP 拿到和你物理机同网段的 IP。

但有时候你需要手动配桥接。比如你在做 KVM 虚拟化，或者你的开发环境需要软件网桥。 这时候可以在 netplan 里创建一个 br0 网桥，把物理接口桥接进来：

yaml
network:
  version: 2
  renderer: networkd
  bridges:
    br0:
      interfaces:
        - ens33
      addresses:
        - 192.168.1.100/24
      routes:
        - to: default
          via: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses:
          - 8.8.8.8
          - 114.114.114.114

这段配置的意思是：创建一个网桥 br0，把 ens33 桥接进来，给 br0 分配静态 IP。 此时 ens33 不再持有独立 IP——它只是一个桥接成员，所有流量走 br0。

bash
$ sudo netplan apply
$ ip addr show br0
# 预期输出
3: br0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 ...
    inet 192.168.1.100/24 brd 192.168.1.255 scope global br0

回到那个公寓楼和别墅的比喻。你可能注意到了，桥接之后虚拟机和物理网络在同一个网段——这就像把公寓楼里的住户搬到了独栋别墅区。 但这个比喻有一个地方需要修正：桥接不仅仅是「换了个地址」那么简单，它是在数据链路层（L2） 层面把多个接口合并成一个广播域。 这意味着桥接后的设备不仅能互相 ping 通，还能看到彼此的 ARP 广播——在 NAT 模式下这是不可能的。 对于嵌入式开发中常见的 TFTP 启动、NFS 挂载根文件系统等操作，L2 可达性是前提条件。

4.4 NetworkManager：桌面环境的选择 ​

如果你的 Ubuntu 是桌面版，网络由 NetworkManager 管理。 虽然改 netplan YAML 也能生效，但 nmcli 更方便——它是 NetworkManager 的命令行前端。

bash
# 查看设备状态
$ nmcli device status
# 预期输出
DEVICE  TYPE      STATE         CONNECTION
ens33   ethernet  connected     有线连接 1
lo      loopback  unmanaged     --
bash
# 查看当前连接的详细配置
$ nmcli connection show "有线连接 1"
# 输出很长，重点关注这几个字段
connection.type:             802-3-ethernet
ipv4.method:                 auto
ipv4.addresses:              --
ipv4.gateway:                --
ipv4.dns:                    --

ipv4.method: auto 说明当前是 DHCP。改成静态 IP：

bash
$ sudo nmcli connection modify "有线连接 1" \
    ipv4.method manual \
    ipv4.addresses 192.168.1.100/24 \
    ipv4.gateway 192.168.1.1 \
    ipv4.dns "8.8.8.8 114.114.114.114"

$ sudo nmcli connection up "有线连接 1"
# 预期输出
Connection successfully activated (D-Bus active path: /org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/1)

回到那个「翻译官」的比喻：现在你应该能看出来了—— netplan 的 YAML 是你交给翻译官的「需求文档」，networkd 和 NetworkManager 是真正干活的「施工队」。 nmcli 是直接找施工队下指令，跳过了翻译官。 如果你同时给翻译官递文档又直接找施工队改图纸——两边配置冲突，网络就乱了。 在桌面版上选一种方式用到底，不要混。

练习题 ​

走到这里，网络配置的基本机制应该已经清楚了——或者你以为清楚了。 下面几道题难度递进，建议先不看提示独立做，卡住了再翻。 第三题如果做出来了，说明你已经能应付嵌入式开发中的网络场景了。

练习 21.1 ⭐（理解）

ip addr show 的输出中，inet 192.168.1.100/24 里的 /24 代表什么？ 如果把子网掩码改成 255.255.255.128，CIDR 表示法应该写成 /xx？

提示：把子网掩码转成二进制，数一下有多少个连续的 1。255.255.255.0 是 24 个 1，那 255.255.255.128 呢？

练习 21.2 ⭐⭐（应用）

你的 Ubuntu 虚拟机当前通过 DHCP 获取 IP。 请写一份完整的 netplan 配置，将网卡 ens33 设为静态 IP 10.0.0.100/16，网关 10.0.0.1，DNS 使用 223.5.5.5 和 223.6.6.6。 写完后说明你会在执行前做什么来保护自己。

提示：参考 4.2 节的 YAML 格式，注意缩进。保护措施想想 netplan try。

练习 21.3 ⭐⭐⭐（思考）

在嵌入式开发中，开发板的 IP 是 192.168.10.50，你的 Ubuntu 虚拟机在 NAT 模式下拿到 10.0.2.15。 为什么开发板无法 SSH 到虚拟机？给出至少两种解决方案，并分析各自的优缺点。

提示：回顾 NAT 和桥接的区别。除了桥接，还有没有别的办法让两个不同网段的设备通信？想想路由和端口转发。

本章回响 ​

这一章真正在建立的东西，是一种对「网络配置」的结构性理解。 表面上我们在敲 ip addr、写 YAML、配桥接，实际上我们在理解 Linux 网络的分层控制逻辑： ip 命令看状态，netplan 写配置，NetworkManager 管桌面，networkd 管服务器——它们不冲突，只要你不在同一个接口上同时指挥两支施工队。

还记得开头那个问题吗——NAT 把开发板和虚拟机隔开了？ 现在你应该能回答了：把虚拟机切到桥接模式，让它拿到和物理网络同网段的 IP， 开发板和虚拟机就像住在同一条街上的邻居，可以直接敲门，不需要物业转交。 而那个「公寓楼 vs 别墅」的比喻，现在你不仅知道它描述了什么，还知道它在哪里简化了现实——桥接不仅是换了个地址，而是真正打通了数据链路层的广播域。

但网络配好了，不等于网一定通。配了静态 IP 却 ping 不出去、DNS 配了却解析不了域名——这种事太常见了。 下一章我们会拿起诊断工具箱——当「网不通」三个字出现的时候，你需要知道从哪一层的哪一环开始查。

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