Raspberry Pi Zero 单板配置手记（三）使用 NetworkManager 管理网络连接
RPi Zero 使用 NetworkManager 管理网络连接
- 前言
- 一、准备工作
- 1. 工具/材料
- 2. 登录到树莓派并配置网络共享
- 3. 安装必备工具
- 二、安装 NetworkManager
- 1. 建立虚拟终端
- 2. 安装 NetworkManager
- 3. 验证安装
- 4. 处理冲突
- 5. 启用服务并修改默认配置
- 6. 重新配置网络
- 7. 删除 `dhcpcd5`
- 收尾
本文章为系列文章《Raspberry Pi Zero 单板配置手记》的第三篇，上一篇为《Raspberry Pi Zero 单板配置手记（二）登录到树莓派并共享网络》。
因个人需求，只对单板的树莓派 （不含显示器、摄像头等外设，此 Zero 版本也不含无线模块） 及各种基本系统配置进行叙述。
前言
前文中提到，通过 wpa_supplicant 进行网络连接的管理并不方便，想要临时切换连接到其他无线网络比较困难，因此我们将使用 NetworkManager 代替之。
本次操作需更换网络连接管理程序，会导致无线网络连接中断并无法自动重连，故而需按照本系列文章之篇二，通过 USB 连接树莓派。
一、准备工作
1. 工具/材料
- 已经配置好的树莓派 Zero
- USB-microUSB 数据线（供电/连接电脑用，至少能承载 1A 电流）
- Linux 主机或安装有 putty/ssh 的 Windows 主机
2. 登录到树莓派并配置网络共享
通过 USB 登录，参考本系列文章之篇二。
3. 安装必备工具
树莓派系统中需提前安装以下工具
screen用于建立虚拟终端（可用tmux代替，本文仅以screen为例）
$ sudo apt install --no-install-recommends -y \screen
二、安装 NetworkManager
1. 建立虚拟终端
虚拟终端有一个非常优秀的特点，那就是在远程连接意外中断时，虚拟终端可在后台继续运行。恰好可应用于本次场景之中。
$ screen -S network # 新建一个 screen 虚拟终端会话
建立好虚拟终端后，我们可用如下方式对虚拟终端进行管理
脱离（切换到后台）：Ctrl+A, Ctrl+D
新建：Ctrl+A, N
切换：Ctrl+A, Ctrl+A
在终端外，可用命令重新连接到虚拟终端
$ screen -r 会话名称 # 连接 (attach) 一个脱离的 (detached) 终端
$ screen -d -r 会话名称 # 强行使一个虚拟终端连接到当前终端
仅作示例，更多操作方法请按 Ctrl+A, ? 参考 screen 的帮助信息。本文中可能仅会用到一个 screen -d -r。
2. 安装 NetworkManager
在之前创建的虚拟终端中安装 NetworkManager 及必要的依赖包
# 安装 NetworkManager，并在完成后 30 秒自动关闭树莓派
$ sudo apt install network-manager -y; echo Installation complete.; sleep 25; sudo systemctl disable network-manager; sleep 5; sync; sudo poweroff
由于未来可能还会用到一些相关软件包，这里就不加 --no-install-recommends 参数了。
若是通过 WiFi 连接到树莓派，则在操作过程中连接会中断，故而我们让其在安装完成后 30 秒自动关闭树莓派，然后之后可手动启动它，网络会自动重连，以避免连接中断后无法再次连接到树莓派。待树莓派重新启动，重新登录到树莓派。
若连接没有中断，则在提示“Installation complete.”时，按 Ctrl+C 终止后续操作。
3. 验证安装
输入命令验证安装成果
$ nmcli --version
nmcli tool, version 1.14.6
成功输出版本号，即说明安装成功。
4. 处理冲突
树莓派默认自带的 dhcpcd5 与 NetworkManager 冲突，后者默认使用 dhclient，而树莓派默认会自动启动 dhcpcd 服务，导致树莓派网络连接出现问题，如获取多个 IP 等。
停用 dhcpcd 服务
# 停用 dhcpcd 服务并在重启后生效。不能立即停止服务，否则与树莓派的连接将中断
$ sudo systemctl disable dhcpcd
目前我们已安装 NetworkManager，就无需再使用 wpa_supplicant，或者说，不使用它进行管理。
执行命令以停用 wpa_supplicant
# 重命名 wpa_supplicant.conf 使其失效
$ sudo mv /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf.bak
# 取消 wpa_supplicant 服务的自动运行
$ sudo systemctl disable wpa_supplicant
不能卸载或彻底停用（mask）wpa_supplicant，NetworkManager 仍需要使用其管理网络接口，我们只是让 wpa_supplicant 让出主导权而已。
5. 启用服务并修改默认配置
设置 NetworkManager 服务的自启，不能立即运行服务，否则网络连接会立即中断
# 设置自启但不立即运行 network-manager 服务
$ sudo systemctl enable network-manager
NetworkManager 默认配置可能会让网络接口的 MAC 地址随机化，每次扫描时会更换一个 MAC 地址，并不方便管理。
修改 NetworkManager 的配置文件 /etc/NetworkManager/NetworkManager.conf，添加一个小节
[device]
wifi.scan-rand-mac-address=no
NetworkManager 默认不管理接口 usb0（通过 USB 与树莓派建立连接所需），这导致无法通过 USB 与树莓派连接。
在该配置文件中再添加一个小节以使其启用对 usb0 的自动管理。
[device-usb0]
match-device=interface-name:usb0
managed=1
以上的两个小节，可添加在默认配置文件中，也可以添加到独立的文件存于 /etc/NetworkManager/conf.d/ 目录中。
6. 重新配置网络
此时尚且不能启动 NetworkManager 服务，故我们先手动创建连接文件。
在 /etc/NetworkManager/system-connections/ 中创建一个新的文件 Test_Wifi.nmconnection
[connection]
id=Test_Wifi
type=wifi[wifi]
mac-address=XX:XX:XX:XX:XX:XX
ssid=Test_Wifi[wifi-security]
auth-alg=open
key-mgmt=wpa-psk
psk=Test_Password
其中，文件名及配置中的 Test_Wifi 替换为要连接的 WiFi 名称，配置中的 Test_Password 修改为 WiFi 密码，mac-address= 后填上所用网络接口的 MAC 地址（使用 ifconfig 查看）。若只存在一个无线网络接口，则可删除该项。
保存完毕后，重启树莓派
$ sync; sudo reboot
此时网络连接会中断，由于各种配置已设置好，稍后树莓派会重启，并通过 NetworkManager，自动连接配置好的网络。
连接好后，重新登录树莓派，利用 nmcli 删除现有连接并重新连接到无线网络，以使 NetworkManager 自动填充 Test_Wifi.nmconnection 连接配置文件的内容（不必需，但如此操作，可避免因手动创建的配置文件不完善而导致的问题）
$ screen # 新建一个虚拟终端
# 在虚拟终端中执行以下命令
$ sudo nmcli c de Test_Wifi; sleep 5; sudo nmcli d w c Test_Wifi password Test_Password
WiFi 名称和密码中，任意一者有特殊符号或者含空格的，需用引号扩起来。
若树莓派上有不只一个网络接口，则可指定使用特定的网络接口进行连接，在虚拟终端中输入的命令改为
$ sudo nmcli c de Test_Wifi; sleep 5; sudo nmcli d w c Test_Wifi password Test_Password ifname wlan0 # 使用 wlan0 连接无线网络
执行命令时，会删除现有网络连接再重新连接，网络会中断并重新恢复。过一会儿再次登录树莓派即可。
若经过较长时间仍未连接到网络，需要断电并对 TF 卡分区中重新编写 /etc/NetworkManager/system-connections/Test_Wifi.nmconnection 文件，再重复上述操作，或排查问题所在。此文章便不再累述，可在下方评论区留言。
若无异常，则 NetworkManager 的安装与配置至此完成。
7. 删除 dhcpcd5
在配置好并使用 nmcli 命令确保没有问题后，可彻底删除 dhcpcd5 软件包以避免其他隐而未现的兼容性问题。或是将其彻底禁用（mask）。
# 彻底禁用 dhcpcd 服务
$ sudo systemctl mask dhcpcd
# 或者卸载 dhcpcd5 软件包
$ sudo apt purge dhcpcd5
收尾
安装并手动配置 NetworkManager 着实费了一番过程，不过安装好 NetworkManager 后，便可享受 nmcli 的强大功能。它底层仍利用 wpa_supplicant，但大大简化了各种操作步骤。
接下来是本系列文章的第四篇《Raspberry Pi Zero 单板配置手记（四）调整 TF 卡分区大小的不同方式》。
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