Yuhang Zheng
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FCU2303配置VLAN和网桥的示例

工作笔记
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背景

在FCU2303的开发板上，有八个千兆网，分别是fm1-mac1，fm1-mac2，fm1-mac3，fm1-mac4，fm1-mac5，fm1-mac6，fm1-mac9，fm1-mac10，还有一个5G模块eth0。

客户有一个需求是想在这个板子上划分出两个VLAN（Virtual Local Area Network，中文名为”虚拟局域网”，工作在OSI参考模型的第2层和第3层。），一个是将这八个千兆网口划为一个VLAN，VLANID暂时定为100；另一个是将这八个网口中的任一网口和5G模块划为一个VLAN，VLANID暂时定为200，划分示意图如下图所示：

VLAN

这样的话，VLAN100中的设备就无法直接访问5G模块的流量，只能先将数据转发到fm1-mac1网口上，然后fm1-mac1再将数据转发到5G模块eth0。因为fm1-mac1是既在VLAN100中，又在VLAN200中，所以它充当了连接两个VLAN的桥梁，这时候如果在fm1-mac1中外接一台电脑用于监控流通此网口的流量的话，就实现了监听VLAN100中其他网口通过5G模块上网的数据内容。

客户描述问题

客户前期自己配置了网口，测试反馈的文档内容如下：

加载8021q模块：
sudo modprobe 8021q
sudo  sh -c 'grep -q 8021q /etc/modules || echo 8021q >> /etc/modules'
配置VLAN

vconfig add fm1-mac9 100
vconfig add fm1-mac1 100
ifconfig fm1.mac9.100 up
ifconfig fm1.mac1.100 up

即端口MAC9和MAC1属于同一个VLAN100

从端口fm1-mac9发送不带VLAN报文(SMV/GOOSE)，其余端口均能正常收到SMV/GOOSE报文；
从端口从端口fm1-mac9发送带VLAN报文。VLAN为100(SMV/GOOSE)，其余端口均能正常收到SMV/GOOSE报文，收到报文VLAN为100；
从端口从端口fm1-mac9发送带VLAN报文。VLAN为80(SMV/GOOSE)，其余端口均能正常收到SMV/GOOSE报文，收到报文VLAN为80；

从客户反馈的信息中可以发现问题是，客户想要用两个网口来测试VLAN的功能，他选用了fm1-mac9和fm1-mac1这两个网口，并将其配置成了VLAN100，但是他的测试结果却显示，从端口fm1-mac9发送不带VLAN报文和带VLAN80的报文的时候，都可以在fm1-mac1收到。这是不应该的，因为配置了VLANID的网口只应该能收到其对应VLANID为100的报文才对。

导致这一问题出现的原因就是在FCU2203的开发板上已经默认配置了网桥功能，配置文件在/etc/systemd/network目录下面：

br0.netdev

[NetDev]
Name=br0
Kind=bridge

br0.network

[Match]
Name=br0

[Network]
Address=192.168.3.1/24

fm1-mac1.network

[Match]
Name=fm1-mac1
KernelCommandLine=!root=/dev/nfs

[Network]
Bridge=br0

fm1-mac9.network

[Match]
Name=fm1-mac9
KernelCommandLine=!root=/dev/nfs

[Network]
Bridge=br0

这样的网桥配置将fm1-mac1和fm1-mac9桥接在了一起，与我们想要的功能产生了冲突。

修改验证方法的建议

如果是按照客户的测试意图来实现的话，测试方法应该如下操作：

vconfig add fm1-mac9 100
vconfig add fm1-mac1 100
brctl addbr vlan100
brctl addif vlan100 fm1-mac9.100
brctl addif vlan100 fm1-mac1.100

ifconfig fm1-mac9 up
ifconfig fm1-mac9.100 up

ifconfig fm1-mac1 up
ifconfig fm1-mac1.100 up

ifconfig vlan100 up

首先删除原有的网络配置，rm -r /etc/systemd/network

然后创建一个网桥，将设置VLAN100时产生的VLAN节点加入进去即可。

按照此方法配置完成之后的网络配置符合测试预期。

客户最终需求的解决方法

回归正题，现在我们有了一个简单的创建VLAN的测试示例，也知道如何在VLAN中使用网桥。那么接下来就该解决我们的客户需求问题了。

方法一

命令配置

思路还是按照测试示例中一样，首先是使用命令配置的操作

vconfig add eth0 200
vconfig add fm1-mac1 200
vconfig add fm1-mac1 100
vconfig add fm1-mac2 100
vconfig add fm1-mac3 100
vconfig add fm1-mac4 100
vconfig add fm1-mac5 100
vconfig add fm1-mac9 100
vconfig add fm1-mac10 100

brctl addbr br0
brctl addif br0 fm1-mac1.100
brctl addif br0 fm1-mac2.100
brctl addif br0 fm1-mac3.100
brctl addif br0 fm1-mac4.100
brctl addif br0 fm1-mac5.100
brctl addif br0 fm1-mac9.100
brctl addif br0 fm1-mac10.100

brctl addbr br1
brctl addif br1 eth0.200
brctl addif br1 fm1-mac1.200

ifconfig eth0 up
ifconfig eth0.200 up
ifconfig fm1-mac1 up
ifconfig fm1-mac1.200 up
ifconfig fm1-mac2 up
ifconfig fm1-mac2.100 up
ifconfig fm1-mac3 up
ifconfig fm1-mac3.100 up
ifconfig fm1-mac4 up
ifconfig fm1-mac4.100 up
ifconfig fm1-mac5 up
ifconfig fm1-mac5.100 up
ifconfig fm1-mac9 up
ifconfig fm1-mac9.100 up
ifconfig fm1-mac10 up
ifconfig fm1-mac10.100 up

ifconfig br0 up
ifconfig br1 up

systemd配置

这次我们使用systemd来配置这个网络逻辑。

首先创建两个虚拟网桥

br0.netdev

[NetDev]
Name=br0
Kind=bridge

br1.netdev

[NetDev]
Name=br1
Kind=bridge

然后将这两个网桥启用

br0_up.network

[Match]
Name=br0

br1_up.network

[Match]
Name=br1

然后以fm1-mac1为例，创建其对应VLANID的两个虚拟网卡设备

fm1-mac1.100.netdev

[NetDev]
Name=fm1-mac1.100
Kind=vlan

[VLAN]
Id=100

fm1-mac1.200.netdev

[NetDev]
Name=fm1-mac1.200
Kind=vlan

[VLAN]
Id=200

将其与物理网卡绑定，在物理网卡的配置中定义这两个 vlan 的存在。

fm1-mac1.network

[Match]
Name=fm1-mac1

[Network]
DHCP=v4
VLAN=fm1-mac1.100
VLAN=fm1-mac1.200

对两个vlan虚拟网卡设备进行配置，将其加入到对应的网桥中

fm1-mac1.100.network

[Match]
Name=fm1-mac1.100
KernelCommandLine=!root=/dev/nfs

[Network]
Bridge=br0

fm1-mac1.200.network

[Match]
Name=fm1-mac1.200
KernelCommandLine=!root=/dev/nfs

[Network]
Bridge=br1

这样一个网卡的VLAN配置就配置好了，其他的网卡配置同理，我们这样配完了之后的网桥拓扑图如下：

使用brctl show命令查看

VLAN_br

使用bridge vlan show命令查看

image-20210531183717309

方法二

虽然在方法一中我们实现了想要的功能，但是按照这个方法配置下来，在/etc/systemd/network路径下的配置文件就有多达33个。

image-20210531190503855

这个时候我们就有一个想法，我们可不可以将这八个千兆网设备和5G模块划分到一个网桥里面，然后配置网桥自己去根据VLANID来控制数据的流向呢？

经过查找资料，我发现了以下的文字说明：

可以将网桥设置为 VLAN 感知。

然后网桥将处理流经它的附加了VLANID的数据帧 ，处理的操作包括根据对网桥的配置来tagged和untagged这些数据帧，并将附加了 VLAN 的帧仅发送到配置为接受它的端口。

这会将所有设置操作转移到网桥本身上面，而不必去配置每一个 VLAN 子接口（当然，这些子接口仍然可以在某些设置中使用）。 此功能无法通过过时的命令使用， 就要使用更新的bridge 命令实现这个功能（结合使用 ip link 命令）。

这是一个更简单的设置（一个网桥，没有子接口）。

brctl 的配置方案有如下几种：

一是配置一个tagged网桥接口，并且带有VLAN ID (VID) 5；

二是配置一个带有VLAN ID (VID) 5的网桥端口，但设置为untagged；

三是输出设置为untagged，并将 VID 设置为 PVID（Port VLAN ID）：

四是只要是该网桥的端口，输入都设置为tagged，。

注意：每个端口只能有一个 PVID。

具体的方法这篇文章不再说明，接下来会有一个新的文章来说一下这些配置。

这便是方法二的配置了。

命令配置

ip link set eth0 up
ip link set fm1-mac1 up
ip link set fm1-mac2 up
ip link set fm1-mac3 up
ip link set fm1-mac4 up
ip link set fm1-mac5 up
ip link set fm1-mac9 up
ip link set fm1-mac10 up

ip link add name br0 type bridge vlan_filtering 1

ip link set eth0 master br0
ip link set fm1-mac1 master br0
ip link set fm1-mac2 master br0
ip link set fm1-mac3 master br0
ip link set fm1-mac4 master br0
ip link set fm1-mac5 master br0
ip link set fm1-mac9 master br0
ip link set fm1-mac10 master br0

bridge vlan del dev br0 vid 1 self
bridge vlan add dev eth0 vid 200
bridge vlan del dev eth0 vid 1
bridge vlan add dev fm1-mac1 vid 200
bridge vlan add dev fm1-mac1 vid 100
bridge vlan del dev fm1-mac1 vid 1
bridge vlan add dev fm1-mac2 vid 100
bridge vlan del dev fm1-mac2 vid 1
bridge vlan add dev fm1-mac3 vid 100
bridge vlan del dev fm1-mac3 vid 1
bridge vlan add dev fm1-mac4 vid 100
bridge vlan del dev fm1-mac4 vid 1
bridge vlan add dev fm1-mac5 vid 100
bridge vlan del dev fm1-mac5 vid 1
bridge vlan add dev fm1-mac9 vid 100
bridge vlan del dev fm1-mac9 vid 1
bridge vlan add dev fm1-mac10 vid 100
bridge vlan del dev fm1-mac10 vid 1

ip link set br0 up

systemd配置

首先创建一个虚拟网桥，并打开网桥的VLAN功能

br0.netdev

[NetDev]
Name=br0
Kind=bridge
[Bridge]
DefaultPVID=none
VLANFiltering=true
STP=false

这里我们发现，在[Bridge]字段里多了三个变量，重点是前两个：

DefaultPVID：接口缺省VLAN标识，指的是二层接口上的缺省VLAN-ID
VLANFiltering：网桥的VLAN Filtering功能，顾名思义实现对入口与出口数据包依据VLAN信息的过滤。

然后将网桥启用

br0_up.network

[Match]
Name=br0

然后以fm1-mac1为例，我们直接配置物理网卡，在其配置上加上VLANID

fm1-mac1.network

[Match]
Name=fm1-mac1

[Network]
Bridge=br0

[BridgeVLAN]
VLAN=100

[BridgeVLAN]
VLAN=200

这样一个网卡的VLAN配置就配置好了，其他的网卡配置同理，我们这样配完了之后的网桥拓扑图如下：

使用brctl show命令查看

image-20210531190210221

使用bridge vlan show命令查看

image-20210531190233637

这样配置下来在/etc/systemd/network路径下的配置文件仅仅10个

image-20210531190415340

参考链接

VLAN for virtual machines：VLAN for virtual machines – Ingos Wiki (hoeft-online.de)

VLAN Bridging (802.1q)：VLAN Bridging and Trunking (802.1q) - docs.bisdn.de

Bridged interfaces and VLAN tags：networking - Bridged interfaces and VLAN tags - Unix & Linux Stack Exchange

VLAN (简体中文)：VLAN (简体中文) - ArchWiki (archlinux.org)

VLAN中tagged与untagged的处理：VLAN中tagged与untagged的处理_kepa520的博客-CSDN博客

有关trunk、pvid、untagged、tagged的问题：有关trunk、pvid、untagged、tagged的问题 (huawei.com)

Virtual Network Device configuration：systemd.netdev (www.freedesktop.org)