设备联网优先级处理

Posted 2021-08-17 FightingBoom

文章目录

• 1 需求场景
• 2 方案分析
• 3 场景举例
• 4 方案实现
• • 4.1 方案原理
  • 4.2 基础命令
  • 4.3 实际验证
• 5 问题说明
• • 5.1 天线问题
  • 5.2 局域网连接
• 6 总结

各位看官您好呀，我是小二。

之前的文章，讲了如何移植 WiFi 驱动，如何使用 WiFi 功能；没看过的小伙伴点这里「我对 WiFi 驱动移植过程，做了一次总结复盘」

本篇文章分享一个实际功能需求，简要描述为：当设备通过多种方式联网时，如何控制网络连接方式的优先级？

1 需求场景

设备可以通过三种方式连接网络，分别是：

• 4G
• WiFi
• 有线网络

功能需求：就是要能控制这三种联网方式的优先级，实现不同场景的切换。

举个例子，如果设备当前既可以连接 WiFi （只有局域网），又可以连接 4G 模块，此时设备需要同时连接 互联网 + 局域网 。如果不做优先级控制，设备全部通过 WiFi 联网，则 只能连接局域网，无法连接互联网 。

此时，如果我们可以控制优先级，当连接互联网时，优先通过 4G 连接；当连接局域网时，通过 WiFi 连接，这不就实现了我们想要的功能吗？

2 方案分析

如何实现我们想要的功能呢？

首先把所有功能组合列出来，然后根据需求，看是否可以做一些简化。如下图

可以看到，图片中相同颜色的，我把他归纳为同一类。

纯有线联网 == WiFi + 有线连接

由于这两种方式都可以连接外网 + 局域网，但是由于 有线网络更加稳定 ，因此简化为使用有线连接网络。

4G + 有线联网 == 4G + WiFi + 有线联网

这两种方案，基本与上述方案处理情况一致，即 WiFi 和有线网络同时有效时，优先使用有线网络 。

3 场景举例

通过查找资料，发现可以通过控制 metric ，来控制对应网卡优先级。

参考资料释义：
metric Metric 为路由指定一个整数成本值标（从 1 至 9999），当在路由表（与转发的数据包目标地址最匹配）的多个路由中进行选择时可以使用。

参考网址：linux服务器两块网卡路由优先级冲突 Metric值（https://blog.csdn.net/memory6364/article/details/84826150）

简单理解为，从目的地 A 到目的地 B ，需要经过的路由器跳数（中转数）。

此数值越小，则对应的网卡优先级越高，因为 路程近了 ，网络肯定会优先选择近的路走。

当 数值相同 时，则由内核随机选择一个网卡，进行数据交互。

由下图可知，绿色线路，metric 跳数为 0 ，也是最近的 “道路” ；红色线路，metric 跳数为 3 ，很直观的看绕路了，因此走这条路的概率就会大大降低。

（PS：metric 跳数仅做举例演示用，与网络中实际跳数可能不一致。）

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基于此，我想到了几种场景，分别如下：

1、首先规定：4G 模块相关操作，必须断电进行；

（1）设备只在上电时，判断一次 4G 模块状态；

（2）在设备工作过程中，如果拔出 4G 模块，设备不会自动切换到其他连接方式，局域网连接功能不受影响；

2、4G + 有线网络同时开启

（1）设计方案：4G 连接外网，有线连接局域网；

（2）其他情况说明：

• 如果 4G 模块正常，则需要降低有线网卡优先级，以达到设计方案目的；
• 如果 4G 模块异常（模块不存在、网卡不存在、没插入 SIM 卡），则应使用有线连接互联网、局域网；
• 4G 模块仅在设备上电后，判断一次；

3、4G + WiFi 同时开启

（1）设计方案：4G 连接外网，WiFi 连接局域网；

（2）其他情况说明：

• 如果 4G 模块正常，则需要降低 WiFi 网卡优先级，以达到设计方案目的；
• 如果 4G 模块异常（模块不存在、网卡不存在、没插入 SIM 卡），则应使用 WiFi 连接互联网、局域网；
• 4G 模块仅在设备上电后，判断一次；

4、4G + 有线网络 + WiFi 同时开启

（1）设计方案：简化为 4G + 有线网络方案；

（2）其他情况说明：

• 如果拔出网线，则切换为 4G + WiFi 方案，对应上文第 3 点；
• 如果插入网线，则切换为 4G + 有线网络方案，对应上文第 2 点；

5、有线网络开启，WiFi 关闭

（1）设计方案：有线网络连接互联网、局域网；

（2）其他情况说明：

• 如果拔出网线，设备不能正常联网；
• 如果插入网线，设备可正常联网；

6、有线网络关闭，WiFi 开启或者 WiFi 热点开启

（1）设计方案：WiFi 连接互联网、局域网；或者 WiFi 热点正常工作；

（2）其他情况说明：

• 如果拔出网线，设备应正常使用 WiFi 功能，AP / Station；
• 如果插入网线，设备应正常使用 WiFi 功能，AP / Station；

4 方案实现

4.1 方案原理

有了上述理论知识 + 设计方案，就能来实现我们想要的功能了。

简单的说，就是控制网卡优先级，或者说 控制网关优先级 。

当只有有线网络时，查看当前默认网关，结果如下

[root]#ip route
default via 192.168.3.1 dev eth0 
192.168.3.0/24 dev eth0  proto kernel  scope link  src 192.168.3.10 

此种情况，设备 只能通过有线网关连接网络 。

如果设备同时开启有线网络 + WiFi 时，查看当前默认网关，结果如下

[root]#ip route
default via 192.168.3.1 dev wlan0 
default via 192.168.3.1 dev eth0
192.168.3.0/24 dev eth0  proto kernel  scope link  src 192.168.3.10 
192.168.3.0/24 dev wlan0  proto kernel  scope link  src 192.168.3.6 

此时会发现，有两个一模一样的 默认网关 ，这个时候设备就会出现混乱，他不知道该用哪个网关进行连接。

4.2 基础命令

上一小节对默认网关有了基础认识。这一小节，我们就要通过命令行，来实际操作网关。

参考资料：linux 路由表设置 之 route 指令详解（https://cloud.tencent.com/developer/article/1441501）

• 添加默认网关；

route add default gw 192.168.3.1

• 删除默认网关；

route del default gw 192.168.3.1

• 添加某一网卡默认网关;

# 添加 wlan0 网卡默认网关
route add default gw 192.168.3.1 wlan0

# 添加 eth0 网卡默认网关
route add default gw 192.168.3.1 eth0

• 删除某一网卡默认网关;

# 删除 wlan0 网卡默认网关
route del default gw 192.168.3.1 wlan0

# 删除 eth0 网卡默认网关
route del default gw 192.168.3.1 eth0

• 添加路由域；猜想应该是代表网关所在的地址范围；

route add -net 192.168.3.0/24 eth0

• 删除路由域；

route del -net 192.168.3.0/24 eth0

• 添加默认网关，并设置网关优先级；
• 注意：metric 数值越低优先级越高；

route add default gw 192.168.3.1 metric 200

# 添加 wlan0 网卡的默认网关，并设置网关优先级
route add default gw 192.168.3.1 metric 100 wlan0

# 添加 eth0 网卡的默认网关，并设置网关优先级
route add default gw 192.168.3.1 metric 200 eth0

好了，基础命令就这么多，剩下的就是组合利用这些命令，实现我们想要的功能。

4.3 实际验证

以 4G + 有线网络同时开启 场景为例。

由于 4G 模块，使用的也是命令行启动方式，因此在启动后，会自动设置默认的网关。

那我们就只能赶在 4G 命令启动之前，先配置好有线网络的网关。

操作步骤简述如下：

• 删除目前有线网络默认网关；
• 添加有线网络默认网关，并调整有线网关优先级，类似 metric 100 ；
• 启动 4G 模块，使其自动分配默认网关；

配置后的路由表应该类似这样：

[root]#ip route
default via 10.168.100.6 dev eth1
default via 192.168.3.1 dev eth0  metric 100 
10.168.100.0/24 dev eth1  proto kernel  scope link  src 10.168.100.6
192.168.3.0/24 dev eth0  proto kernel  scope link  src 192.168.3.10 

其中 eth1 为 4G 网卡。

其他方案，操作步骤基本相似，只是根据各自的功能不同，略有偏差。

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说到这里突然想起来，4G + 有线网络 + WiFi 同时开启 这个场景稍微有点复杂，也在这里分析总结一下吧。

其实在之前的方案总结中，已经拆分的很清楚了。有几个要点：

• 三种方式都能联网；
• 当有线网络与 WiFi 同时有效时，由于有线网络更稳定，因此优先级更高；
• 当有线网络失效（网线拔出、网卡down）时，可以自动连接 WiFi ；

为了便于您理解，画了一个流程图，如下

图中有几个概念，在这里备注一下

1、是否具备有线连接条件？

• 网线是否插入？
• 有线网络是否已使能？
• 有线网卡是否已开启？

备注：

• 网线拔出，内核自动检测网卡 down 掉；
• 程序 down 掉有线网卡，内核会认为网线已经拔出；

2、是否具备 WiFi 连接条件？

• WiFi 是否已使能？
• WiFi 连接路由参数是否正常？

3、是否具备 4G 连接条件？

• 4G 模块是否存在？
• 4G 网卡是否存在？
• SIM 卡是否正常？

好了，通过上述步骤，应该就可以设置我们自己的网络优先级了。

5 问题说明

说了这么多，这里还有几个问题，需要跟您指出来😏

5.1 天线问题

4G 模块和 WiFi 模块，一定、一定、一定需要连接匹配的天线。

5.2 局域网连接

如何确保设备只连接到局域网？

通过 控制 DNS 即可间接实现。

当不想让设备连接外网时，删除默认配置的 DNS 即可。

6 总结

说了这么多，又到了我们的总结时间。

本篇文章，从需求、到实际应用场景、再到具体实现方案，详细记录了一个功能点是如何开发的，他又有哪些应用场景。

结合实际应用，分析需求，这样才更容易理解。

好了，我是小二，喜欢总结、喜欢画图😁😁😁

各位看官，您如果有任何疑问，欢迎留言指出哦！

最后，祝您工作顺利，牛年大吉！