systemd-networkd 服务实现流程

1. 简介

systemd-networkd 是 systemd 项目的一部分，是一个系统网络管理守护进程。它的主要职责是管理网络配置，包括检测和配置网络设备。

2. 核心组件

• systemd-networkd：网络管理守护进程
• systemd-resolved：DNS 解析服务
• networkctl：命令行工具，用于查询和管理网络状态

3. 配置文件位置

• /etc/systemd/network/：本地配置文件目录
• /run/systemd/network/：运行时配置文件目录
• /lib/systemd/network/：系统默认配置文件目录

4. 实现流程

4.1 启动流程

1. systemd 启动系统时，激活 systemd-networkd.service
2. systemd-networkd 守护进程启动
3. 读取配置文件目录中的网络配置
4. 初始化网络设备管理器
5. 开始监听 udev 事件

4.2 网络配置处理流程

1. 检测到网络设备
2. 读取对应的 .network 配置文件
3. 应用网络配置（IP地址、路由等）
4. 启动网络接口
5. 监控网络状态变化

5. 配置文件类型

1. .network 文件：定义网络接口配置
2. .netdev 文件：定义虚拟网络设备
3. .link 文件：定义底层设备属性

6. 配置示例

6.1 基本的有线网络配置 (/etc/systemd/network/20-wired.network)

[Match]
Name=eth0

[Network]
DHCP=yes

6.2 静态IP配置示例

[Match]
Name=eth0

[Network]
Address=192.168.1.10/24
Gateway=192.168.1.1
DNS=8.8.8.8

7. 常用管理命令

# 启动服务
systemctl start systemd-networkd

# 查看网络状态
networkctl status

# 重新加载配置
systemctl restart systemd-networkd

8. 故障排查流程

1. 检查服务状态：systemctl status systemd-networkd
2. 查看日志：journalctl -u systemd-networkd
3. 验证配置文件语法
4. 检查网络接口状态：networkctl
5. 测试网络连接

9. 最佳实践

1. 使用版本控制管理配置文件
2. 配置文件命名使用数字前缀确保加载顺序
3. 保持配置文件简洁明了
4. 定期备份网络配置
5. 记录配置变更

10. Netplan 与 systemd-networkd 的关系

10.1 Netplan 简介

Netplan 是 Ubuntu 引入的网络配置抽象层，它使用 YAML 格式的配置文件来描述网络接口配置。Netplan 可以生成适用于不同网络管理后端（如 systemd-networkd 或 NetworkManager）的配置。

10.2 工作原理

1. Netplan 读取 /etc/netplan/*.yaml 配置文件
2. 根据配置文件中指定的 renderer（networkd 或 NetworkManager）
3. 生成对应后端的配置文件
4. 对于 systemd-networkd，生成的配置文件位于 /run/systemd/network/

10.3 Netplan 配置示例

10.3.1 使用 DHCP 的配置

# /etc/netplan/01-netcfg.yaml
network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: true

10.3.2 静态 IP 配置

# /etc/netplan/01-netcfg.yaml
network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    eth0:
      addresses:
        - 192.168.1.10/24
      routes:
        - to: default
          via: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses: [8.8.8.8, 8.8.4.4]

10.4 Netplan 常用命令

# 生成配置
sudo netplan generate

# 应用配置
sudo netplan apply

# 尝试配置（不实际应用）
sudo netplan try

10.5 配置流程

1. 创建或编辑 /etc/netplan/*.yaml 文件
2. 使用 netplan generate 生成后端配置
3. 使用 netplan apply 应用配置
4. systemd-networkd 接收新配置并重新配置网络接口

10.6 Netplan 与 systemd-networkd 的优势

1. Netplan 提供了更简单的 YAML 配置语法
2. 支持多个后端渲染器
3. 配置验证和错误检查
4. 向后兼容性
5. 集中化的网络配置管理

10.7 故障排查

1. 检查 YAML 语法：netplan generate --debug
2. 验证配置：netplan try
3. 查看 Netplan 日志：journalctl -xe
4. 检查生成的 systemd-networkd 配置

11. 传统 Linux 网络管理方式

11.1 ifupdown 工具

传统 Linux 系统（如早期的 Debian/Ubuntu）使用 ifupdown 包进行网络管理：

1. 配置文件：/etc/network/interfaces
2. 命令工具：ifup、ifdown
3. 配置示例：

# /etc/network/interfaces
auto eth0
iface eth0 inet static
    address 192.168.1.10
    netmask 255.255.255.0
    gateway 192.168.1.1
    dns-nameservers 8.8.8.8

11.2 网络脚本方式

早期的 Red Hat/CentOS 系统使用网络脚本：

1. 配置目录：/etc/sysconfig/network-scripts/
2. 接口配置文件：ifcfg-<interface_name>
3. 配置示例：

# /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.1.10
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.1.1
ONBOOT=yes

11.3 手动配置命令

最基础的网络配置方式，使用命令行工具：

1. ifconfig/ip 命令：配置网络接口
2. route 命令：配置路由表
3. resolv.conf：配置 DNS

# 配置IP地址
ifconfig eth0 192.168.1.10 netmask 255.255.255.0
# 或使用新版 ip 命令
ip addr add 192.168.1.10/24 dev eth0

# 配置默认网关
route add default gw 192.168.1.1
# 或使用新版 ip 命令
ip route add default via 192.168.1.1

# 配置DNS（编辑 /etc/resolv.conf）
nameserver 8.8.8.8

11.4 NetworkManager

在 systemd-networkd 之前的现代替代方案：

1. 图形化配置工具
2. 命令行工具：nmcli、nmtui
3. 配置示例：

# 使用 nmcli 配置静态IP
nmcli con add type ethernet con-name "static-eth0" ifname eth0 ip4 192.168.1.10/24 gw4 192.168.1.1
nmcli con mod "static-eth0" ipv4.dns "8.8.8.8"

11.5 各种方案的比较

1. 手动配置

   • 优点：灵活，适用所有 Linux 系统
   • 缺点：配置不持久，重启后需重新配置

2. ifupdown

   • 优点：配置简单，易于理解
   • 缺点：功能相对有限，不支持高级网络特性

3. 网络脚本

   • 优点：配置持久化，支持启动时自动配置
   • 缺点：配置分散，不同发行版配置方式不同

4. NetworkManager

   • 优点：图形界面，易用性好，功能强大
   • 缺点：资源占用较多，某些服务器场景可能过重

11.6 最佳实践建议

1. 服务器环境

   • 小型服务器：使用 ifupdown 或网络脚本
   • 大型部署：考虑使用配置管理工具（如 Ansible）

2. 桌面环境

   • 推荐使用 NetworkManager
   • 提供图形界面，便于普通用户使用

3. 嵌入式系统

   • 使用手动配置或简单的网络脚本
   • 注重轻量级和可靠性

12. systemd 与 System V init 简介

12.1 System V init (sysvinit)

传统的 Linux 初始化系统：

1. 特点

   • 顺序启动进程
   • 使用运行级别（runlevels）概念
   • 基于 Shell 脚本
   • PID 1 进程

2. 运行级别说明

   • 0：关机
   • 1：单用户模式
   • 2：多用户模式（无网络）
   • 3：多用户模式（有网络）
   • 4：用户自定义
   • 5：图形界面模式
   • 6：重启

3. 配置位置

   • 启动脚本：/etc/init.d/
   • 运行级别目录：/etc/rc[0-6].d/
   • 配置文件：/etc/inittab

12.2 systemd 简介

现代 Linux 系统的初始化系统和服务管理器：

1. 核心特性

   • 并行启动服务
   • 按需启动守护进程
   • 服务依赖关系管理
   • 系统状态快照
   • 日志管理（journald）

2. 核心概念

   • Unit：systemd 管理的基本单位
   • Target：替代运行级别的概念
   • Service：服务单元
   • Socket：套接字单元
   • Timer：定时器单元

3. 配置位置

   • 系统单元文件：/lib/systemd/system/
   • 用户单元文件：/etc/systemd/system/
   • 运行时单元：/run/systemd/system/

12.3 systemd 与 sysvinit 的对比

1. 启动过程

   • sysvinit：串行启动，按顺序执行
   • systemd：并行启动，基于依赖关系

2. 服务管理

   • sysvinit：基于 Shell 脚本，service 命令
   • systemd：基于单元文件，systemctl 命令

3. 日志管理

   • sysvinit：依赖 syslog
   • systemd：集成 journald

4. 资源控制

   • sysvinit：依赖外部工具
   • systemd：内置 cgroups 支持

12.4 兼容性和迁移

1. systemd 对 sysvinit 的兼容

   • 支持运行 init.d 脚本
   • 自动生成 unit 文件
   • 保留 service 命令支持

2. 服务迁移步骤

# 1. 检查现有 init 脚本
ls /etc/init.d/

# 2. 创建对应的 systemd 服务文件
vim /etc/systemd/system/service-name.service

# 3. 停止旧服务
service old-service stop

# 4. 启动新服务
systemctl start new-service

# 5. 启用开机自启
systemctl enable new-service

12.5 常用管理命令

1. systemd 命令

# 查看系统状态
systemctl status

# 查看所有服务
systemctl list-units --type=service

# 管理服务
systemctl start|stop|restart|enable|disable service-name

# 查看日志
journalctl -u service-name

2. sysvinit 命令

# 切换运行级别
init 3

# 服务管理
service network start|stop|restart

# 查看服务状态
service --status-all

12.6 最佳实践建议

1. 新系统部署

   • 优先使用 systemd
   • 利用现代特性（如 socket 激活）
   • 使用原生单元文件

2. 旧系统维护

   • 保持 sysvinit 脚本
   • 逐步迁移到 systemd
   • 保留兼容性支持

3. 混合环境

   • 使用兼容层
   • 记录服务管理方式
   • 规划迁移路径

13. Netplan 启动机制

13.1 开机自启动流程

1. systemd 启动时会自动启动 netplan-wpa@.service 和 systemd-networkd.service
2. netplan 配置通过以下方式生效：
   • systemd 触发 netplan.service 单元
   • 该服务读取 /etc/netplan/*.yaml 配置
   • 生成对应后端（networkd/NetworkManager）的配置
   • 重启网络服务使配置生效

13.2 相关的 systemd 服务

# Netplan 相关的 systemd 单元
- netplan-wpa@.service    # 处理无线网络配置
- netplan.service         # 主服务，负责应用网络配置
- systemd-networkd.service # 网络管理后端服务

13.3 手动控制启动

1. 检查服务状态

# 查看 netplan 服务状态
systemctl status netplan.service

# 查看 networkd 状态
systemctl status systemd-networkd

2. 启动/停止服务

# 重启 netplan 服务
sudo systemctl restart netplan.service

# 启用开机自启
sudo systemctl enable netplan.service

13.4 故障排查

1. 开机启动问题

# 检查服务是否启用
systemctl is-enabled netplan.service
systemctl is-enabled systemd-networkd.service

# 查看启动日志
journalctl -u netplan.service
journalctl -u systemd-networkd.service -b

2. 常见问题解决
   • 配置文件权限：确保 yaml 文件权限正确（644）
   • 服务依赖：检查 networkd/NetworkManager 是否正确安装和启动
   • 配置语法：使用 netplan generate --debug 验证配置