网络桥接
网桥是一种网络设备，它能够从多个通信网络创建一个单一的聚合网络，此功能被称为网络桥接。网络桥接不同于路由，路由允许多个独立网络互相通信，但各个网络仍然保持独立，而桥接是将多个独立网络连接成一个单一网络。
网桥工作于OSI模型的数据链路层，它基于以太网地址（而不是IP地址）转发数据包。交换机是一种常见的网络桥接设备，家用路由器内部一般也带有集成交换机。
Linux bridge
Linux bridge实现了802.1d标准的一个子集，Linux网桥比纯粹的硬件网桥更加强大，它不仅可以转发数据包，还可以进行过滤和流量调整等功能。
下面介绍一下Linux bridge的配置工具，然后利用树莓派上进行一个简单的桥接实验。
ip 和 bridge
iproute2程序包包含的 ip 和 bridge 命令可用于管理网桥。
基本命令
ip命令
创建bridge设备
br01
ip link add name br0 type bridge
将interface
eth0添加到bridgebr01
ip link set eth0 master br0
上面是以物理网卡
eth0为例，但网桥中的设备不仅限于物理设备，tun/tap/veth/vlan/macvlan/macvtap/ipvlan/ipvtap等各种虚拟设备均可添加到 bridge。eth0原本一端连接着外界物理网络，另一端连接着网络协议栈。一旦它接入了br0，由外部传入eth0的数据包将被直接传递到br0，而不再是网络协议栈。这样一来，为eth0配置IP就失去了意义，因为eth0另一端连接的只是一个虚拟网桥br0，这是一个2层设备，它工作于数据链路层，仅基于MAC地址进行数据包转发，形象地说，也就是eth0现在只是相当于br0的一个 Port，把br0比作以太交换机，那么eth0就是br0的一个网口。原本的网络结构：
eth0连接着网络协议栈与外界网络1
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19+-------------------------------------------------+
| |
| +----------------------------------------+ |
| | Network Protocol Stack | |
| +----------------------------------------+ |
| ↑ ↑ |
|............|.....................|..............|
| | | |
| ↓ ↓ |
| +--------------+ +--------+ |
| | 192.168.2.10 | | | |
| +--------------+ | br0 | |
| | eth0 | | | |
| +--------------+ +--------+ |
| ↑ |
| | |
+------------|------------------------------------+
↓
Physical Network之后的网络结构：
eth0收到的外界数据包不再发给网络协议栈，而是虚拟2层设备br01
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19+-------------------------------------------------+
| |
| +----------------------------------------+ |
| | Network Protocol Stack | |
| +----------------------------------------+ |
| | ↑ |
|............|.....................|..............|
| | | |
| ↓ ↓ |
| +--------------+ +---------+ |
| | 192.168.2.10 | | | |
| +--------------+ | br0 | |
| | eth0 |<------->| | |
| +--------------+ +---------+ |
| ↑ |
| | |
+------------|------------------------------------+
↓
Physical Network开启bridge br0
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set link br0 up
bridge命令
bridge link：展示桥接到网桥的interface（相当于交换机的网口）bridge fdb：展示网桥的转发表bridge vlan：展示网桥的VLAN配置信息
由上面的分析，可以得知Linux虚拟网桥设备 bridge 可以将多个 interface 连接为一个网络，并且虚拟网桥设备有自己的MAC转发表，也可以在虚拟网桥中配置VLAN。
利用树莓派验证brdige的二层交换功能
实验设备
- 树莓派3b+：包含一个以太网卡
eth0，一个无线网卡wlan0 - PC：有一个以太网口
- 手机：可以连接WiFI
实验思路
- 在树莓派上创建一个 bridge，称为
br0 - PC通过网线接入
eth0，WiFi设备接入基于wlan0构建的无线局域网 - 将
eth0和wlan0添加到br0，利用br0将无线局域网和PC桥接在一起
这样一来，网络结构如下图所示（略去了Network Protocol Stack -> eth0 的单向连接）：1
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33 +-------------------------------------------------+
| +----------------------------------------+ |
| | Network Protocol Stack | |
| +----------------------------------------+ |
| ↑ |
|........................|........................|
| ↓ |
| +----------------------------------+ |
| | br0 | |
| +----------------------------------+ |
| ↑ ↑ |
| | | |
| ↓ ↓ |
| +--------------+ +--------------+ |
| | eth0 | | wlan0 |<---------> WiFi_Device
| +--------------+ +--------------+ |
| ↑ ↑ ↑ |
+------------|------------------|--------|--------+
↓ ↓ ↓
PC WiFi_Device WiFi_Device
```
根据其原理，只要合理地配置PC和无线设备的IP地址，它们理应可以借助虚拟网桥 `br0` 互相访问。
### 关键步骤
#### 树莓派配置AP
借助 `hostapd` 实现，大致步骤为：
1. 安装 `hostapd`
```shell
sudo apt install hostapd
- 配置
hostapd，创建/etc/hostapd/hostapd.conf1
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14interface=wlan0
bridge=br0
hw_mode=g
channel=7
wmm_enabled=0
macaddr_acl=0
auth_algs=1
ignore_broadcast_ssid=0
wpa=2
wpa_key_mgmt=WPA-PSK
wpa_pairwise=TKIP
rsn_pairwise=CCMP
ssid=RaspberryPi
wpa_passphrase=password - 关闭
dhcpcd，启用hostapd1
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4sudo disable dhcpcd
References: /usr/share/doc/hostapd/README.Debian
sudo systemctl unmask hostapd
sudo systemctl enable hostapd - 连接热点
RaspberryPi
配置好之后重启树莓派应该就能看到热点RaspberryPi了，由于树莓派没有开启dhcpd，WiFI设备需要配置使用Static IP，比如192.168.31.100/24
桥接
- 创建虚拟网桥
br01
sudo ip link add name br0 type bridge
- 添加设备
eth0，wlan0至br01
2sudo ip link set dev eth0 master br0
sudo ip link set dev wlan0 master br0
连接网络
由于树莓派没有开启dhcpd，需要为各个连接到WiFI的设备配置静态IP，当然经网线连接的PC也需要配置，各个设备的IP需要处于同一网段才能互相访问，比如 192.168.31.0/24
故障排除
PC和无线设备都配置好了却无法互相连接
关掉Windows防火墙再试试，稍等一会儿再试试
在Networking: bridge - Linux Foundation DokuWiki中有这样一句话：The bridge will take a short amount of time when a device is added to learn the Ethernet addresses on the segment before starting to forward.
暂时没有2
测试结果
PC ping通了连接WiFI的手机，成功借助虚拟网桥连通了eth0和wlan0无线局域网。
树莓派配置信息
1 | Script started on 2021-07-30 20:07:21+08:00 [TERM="linux" TTY="/dev/tty1" COLUMNS="240" LINES="67"] |
设备IP配置
- PC：
192.168.100.100 - 手机：
192.168.100.102
tcpdump部分抓包结果
抓包命令：sudo tcpdump -i br0
可以看到两台设备之间的 ICMP echo request 和 ICMP echo reply，至于为什么没有互相询问ARP的消息，大概是因为在我截取消息的时候他们已经知道了对方的MAC。
1 | 19:56:53.340646 ARP, Request who-has 192.168.17.1 tell 192.168.17.100, length 28 |