NetPlan/wpa_supplicant / NetworkManager / systemd-networkd / nmcli / wpa_cli 区别和联系

美林Linux

57人浏览 · 2026-10-27 11:48:56

美林Linux · 2026-10-27 11:48:56 发布

在 Linux 上连接 WiFi，通常涉及多个组件的协作。本文梳理各组件所处的层次、职责边界与常见组合方式，帮助读者快速定位问题所在。

1. 先看分层

在 Linux 上连上一个 WiFi，要经过三层：

链路层认证：扫描、关联、WPA 握手，拿到加密密钥。这层由 wpa_supplicant（或 iwd）负责。
IP 层配置：DHCPv4 拿 IPv4、RA/SLAAC 拿 IPv6，设置路由和 DNS。这层由 NetworkManager / systemd-networkd / dhclient / udhcpc 负责。
管理与交互：保存配置、断线自动重连，提供命令行或图形界面。这层由 NetworkManager / networkd 守护进程负责，用户通过 nmcli / networkctl / wpa_cli 和它们交互。

用户工具    nmcli / nmtui / GNOME    networkctl        wpa_cli        iw / ip
              │ D-Bus (libnm)      │ D-Bus/varlink   │ Unix socket   │ netlink
              ▼                    ▼                 ▼               │
管理守护    NetworkManager       systemd-networkd                    │
              ├ 内置 DHCP 客户端    ├ 内置 DHCPv4/v6 客户端            │
              ├ 内置 IPv6 RA 处理   │ 及 DHCP 服务端                   │
              └ D-Bus ──────────┐  └ 不管 WiFi 认证                   │
                                ▼                    ▼               │
链路认证              wpa_supplicant（一个进程可以管理多张网卡）        │
                                │ nl80211 (generic netlink)         │
────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┼────
内核                  cfg80211 / mac80211 ── WiFi 驱动 (brcmfmac 等)  rtnetlink
                      地址、路由、邻居表 ◄────── NM / networkd 通过 rtnetlink 设置

一句话总结：

wpa_supplicant 只负责“连上 AP”，不管 IP。
NetworkManager 和 systemd-networkd 负责“拿到 IP、管理整台机器的网络”。两者都靠 wpa_supplicant 完成 WiFi 认证。
nmcli 是 NetworkManager 的客户端，wpa_cli 是 wpa_supplicant 的客户端。它们本身不联网，只是给守护进程发命令。

2. wpa_supplicant

作用

WiFi 客户端（STA）的认证程序（802.11 supplicant）。它负责：

扫描和选择 AP（BSS）
认证和关联
WPA/WPA2 四次握手、WPA3-SAE、802.1X/EAP 企业认证
把密钥装进驱动
漫游（bgscan）、WPS、WiFi P2P，以及简单的 AP 模式（NetworkManager 开热点时用的就是这个）

它不做 DHCP，也不配 IP 和路由。

原理

通过 nl80211（基于 generic netlink）向内核 cfg80211 下发扫描、认证、关联命令。老驱动走 wext。
关联成功后，用 packet socket 收发 EAPOL 帧完成四次握手，算出 PTK/GTK。
再通过 nl80211 把密钥装进驱动，链路就进入可用状态（iw dev wlan0 link 显示 Connected）。
对外提供两种控制接口：
- 控制 socket：/run/wpa_supplicant/<网卡名>，Unix 数据报 socket，给 wpa_cli 用。
- D-Bus 接口：服务名 fi.w1.wpa_supplicant1，给 NetworkManager 用。

两种运行方式

方式	命令行示例	配置来源
配置文件模式	`wpa_supplicant -B -i wlan0 -D nl80211 -c /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf`	读 conf 文件
D-Bus 模式	`wpa_supplicant -u -s -O "DIR=/run/wpa_supplicant GROUP=netdev"`	没有 conf 文件，网卡和网络都由 NetworkManager 等通过 D-Bus 下发

D-Bus 模式下 -O 的作用：给通过 D-Bus 添加的网卡也开启控制 socket，这样 wpa_cli 还能连上去查看状态。

配置文件

路径	说明
`/etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf`	常用的默认路径，需要在 `-c` 里显式指定
`/etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant-<网卡名>.conf`	systemd 模板服务 `wpa_supplicant@wlan0.service` 使用（配合 systemd-networkd 时常用）
`/etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant-nl80211-<网卡名>.conf`	`wpa_supplicant-nl80211@wlan0.service` 使用（Debian）
`/lib/systemd/system/wpa_supplicant.service`	D-Bus 模式的服务单元（NetworkManager 依赖它）

配置示例：

ctrl_interface=DIR=/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1          # 允许 wpa_cli save_config 写回本文件
country=CN
network={
ssid="MyHotspot"
psk="12345678"
key_mgmt=WPA-PSK     # WPA3 用 SAE，开放网络用 NONE
priority=10
}

3. wpa_cli

作用

wpa_supplicant 的命令行客户端，通过控制 socket（/run/wpa_supplicant/wlan0）发文本命令。

原理和要点

连到 ctrl_interface 目录下以网卡名命名的 Unix socket，发送 SCAN、STATUS 等文本命令，接收回复和事件（CTRL-EVENT-CONNECTED 等）。
用 wpa_cli 改的配置默认只在内存里。只有 conf 文件里写了 update_config=1，并执行 save_config，才会写回文件。
wpa_cli -a <脚本> -B 可以在连上或断开时执行脚本。老式 ifupdown 就是靠这个机制，在连上之后再启动 DHCP 客户端。
wpa_cli 自己没有配置文件。

常用命令

wpa_cli -i wlan0 status                # 当前状态：wpa_state / ssid / bssid / ip_address
wpa_cli -i wlan0 scan; wpa_cli -i wlan0 scan_results
wpa_cli -i wlan0 list_networks
wpa_cli -i wlan0 add_network           # 返回 id
wpa_cli -i wlan0 set_network 0 ssid '"MyHotspot"'
wpa_cli -i wlan0 set_network 0 psk '"12345678"'
wpa_cli -i wlan0 select_network 0
wpa_cli -i wlan0 disconnect / reconnect / reassociate
wpa_cli -i wlan0 signal_poll           # RSSI、速率
wpa_cli -i wlan0 save_config

4. NetworkManager

作用

桌面和通用发行版上的全功能网络管理守护进程。它管理有线、WiFi、移动网络、VPN、bond/bridge/VLAN、热点等，负责：

保存连接配置
自动连接、断线重连
获取 IP、设置路由和 DNS
按优先级在多个网络间切换

原理

环节	实现
WiFi 认证	通过 D-Bus 调用 wpa_supplicant（所以 wpa_supplicant 要以 `-u` 模式运行），把 SSID、PSK 等下发给它
DHCPv4 / DHCPv6	默认用内置 DHCP 客户端（`internal`，1.20 起默认），也可以配成 `dhclient` / `dhcpcd`。DHCP 包通过 packet socket 收发，因为这时还没有 IP
IPv6 RA / SLAAC	在用户态自己处理 RA：把内核的 `accept_ra` 置 0，由 NetworkManager 自己解析 RA 并配置地址
设置地址和路由	通过 rtnetlink 写入内核
DNS	写 `/etc/resolv.conf`，或交给 systemd-resolved / dnsmasq
热点	`ipv4.method shared` 时，NetworkManager 让 wpa_supplicant 进入 AP 模式，同时启动 dnsmasq 做 DHCP/DNS，并配置 NAT
权限	普通用户的 nmcli 操作要经过 polkit 授权
事件钩子	`/etc/NetworkManager/dispatcher.d/` 下的脚本，在连接上下线时执行

由此可以解释“能拿到 IPv6、拿不到 IPv4”：IPv6 走的是 RA，DHCPv4 走的是独立的 DHCP 客户端，两条路径互不依赖，所以可以出现一个成功、一个失败的情况。

配置文件

路径	说明
`/etc/NetworkManager/NetworkManager.conf`	主配置：插件、`dhcp=`、`dns=`、`[device]` 中的 `wifi.scan-rand-mac-address`、`[keyfile]` 中的 `unmanaged-devices` 等
`/etc/NetworkManager/conf.d/*.conf`	追加配置，会覆盖主配置中的同名项
`/etc/NetworkManager/system-connections/*.nmconnection`	每个连接一个文件（keyfile 格式，权限 600，里面有明文密码）
`/run/NetworkManager/system-connections/`	临时连接，例如 netplan 生成的，重启后消失
`/var/lib/NetworkManager/`	运行状态：DHCP 租约 `internal-<uuid>-<网卡名>.lease`、`NetworkManager.state`、`seen-bssids`
`/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-*`	RHEL 旧格式（ifcfg-rh 插件）
`/etc/network/interfaces`	如果网卡写在这里，并且 `[ifupdown] managed=false`，NetworkManager 就不管它

查看最终生效的配置：NetworkManager --print-config

连接文件示例：

[connection]
id=MyHotspot
type=wifi
interface-name=wlan0
autoconnect=true
[wifi]
ssid=MyHotspot
mode=infrastructure
powersave=2              # 2 关闭省电，3 开启省电
cloned-mac-address=permanent
[wifi-security]
key-mgmt=wpa-psk
psk=12345678
[ipv4]
method=auto
[ipv6]
method=auto

5. nmcli

作用

NetworkManager 的命令行客户端。nmtui（文本界面）、nm-applet 和 GNOME 设置也都是 NetworkManager 的客户端。

原理

通过 libnm 走 D-Bus（org.freedesktop.NetworkManager）调用 NetworkManager。
nmcli 自己没有配置文件。 它所做的修改由 NetworkManager 写进 system-connections/，所以是持久的。

常用命令

nmcli general status
nmcli dev status                        # 每张网卡的状态：connected / disconnected / unmanaged
nmcli dev wifi list                     # 扫描结果
nmcli dev wifi connect MyHotspot password 12345678 ifname wlan0
nmcli con show                          # 已保存的连接
nmcli con show MyHotspot                # 连接的全部属性，包括 DHCP4.OPTION 里的租约信息
nmcli con modify MyHotspot wifi.powersave 2
nmcli con up / down MyHotspot
nmcli dev wifi hotspot ifname wlan0 ssid Test password 12345678   # 开热点
nmcli general logging level DEBUG domains WIFI,DHCP4,IP6          # 临时打开调试日志
journalctl -u NetworkManager -f

6. systemd-networkd

作用

systemd 自带的轻量网络配置守护进程，常用于服务器、容器和嵌入式设备。它通过声明式配置文件，配置网卡的 IP、路由、DHCP，以及创建 bridge/bond/VLAN 等。

原理

环节	实现
WiFi 认证	不处理。需要另外运行 `wpa_supplicant@wlan0.service`（读 conf 文件）或 iwd。networkd 只看链路状态，链路 up（carrier）之后才开始配 IP
DHCP / RA	内置 sd-dhcp DHCPv4/v6 客户端、RA 处理（`IPv6AcceptRA=`），还内置 DHCP 服务端（`DHCPServer=yes`），可以给热点或网口分配地址
设置地址和路由	通过 rtnetlink
DNS	交给 systemd-resolved
网卡命名	由 udev 读取 `.link` 文件处理

配置文件

优先级 /etc > /run > /usr/lib，同名文件高优先级的生效；按文件名字典序匹配，第一个匹配的生效。

路径	说明
`/etc/systemd/network/*.network`	匹配网卡后配置 IP、DHCP、路由
`/etc/systemd/network/*.netdev`	创建虚拟网卡（bridge、bond、vlan 等）
`/etc/systemd/network/*.link`	网卡命名、MAC、MTU（由 udev 处理）
`/etc/systemd/networkd.conf`	全局设置
`/run/systemd/netif/leases/<ifindex>`	DHCP 租约

WiFi 场景示例：

# /etc/systemd/network/25-wlan.network
[Match]
Name=wlan0
[Network]
DHCP=yes
IPv6AcceptRA=yes

systemctl enable --now wpa_supplicant@wlan0    # 读 /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant-wlan0.conf
systemctl enable --now systemd-networkd systemd-resolved
networkctl list / networkctl status wlan0

7. 对比

	wpa_supplicant	wpa_cli	NetworkManager	nmcli	systemd-networkd
类型	守护进程	命令行客户端	守护进程	命令行客户端	守护进程
负责的层	链路层认证	控制 wpa_supplicant	IP 层 + 整体管理	控制 NetworkManager	IP 层
能完成 WiFi 认证吗	能	间接（通过 wpa_supplicant）	能，调用 wpa_supplicant	间接（通过 NM）	不能，需要配合 wpa_supplicant
DHCP	无	无	内置客户端；开热点时用 dnsmasq 当服务端	无	内置客户端和服务端
通信方式	nl80211 往下；控制 socket 和 D-Bus 往上	Unix socket	D-Bus、rtnetlink	D-Bus	rtnetlink、D-Bus
配置文件	`wpa_supplicant*.conf`（D-Bus 模式下没有）	无	`NetworkManager.conf`、`system-connections/`	无	`/etc/systemd/network/*.network` 等
适用场景	所有 WiFi 场景	嵌入式调试	桌面、笔记本、需要频繁切换网络的设备	同左	服务器、嵌入式、固定网络

另外几个相关组件：

netplan（Ubuntu）：只负责从 /etc/netplan/*.yaml 生成配置。renderer: NetworkManager 时生成到 NetworkManager，renderer: networkd 时生成到 networkd。
ifupdown：/etc/network/interfaces，配合 wpa-conf 和 dhclient 使用。
iwd：Intel 出的 wpa_supplicant 替代品。NetworkManager 和 networkd 都能配合它使用。
dhclient / udhcpc / dhcpcd：独立的 DHCP 客户端，嵌入式上常和 wpa_supplicant 搭配使用。

8. 可以同时开启多个吗？

原则：同一张网卡，每一层只能有一个“主人”。 不同网卡可以分别交给不同的管理者。

组合	能否同时开	说明
NetworkManager + wpa_supplicant（D-Bus 模式）	✅ 必须一起开	这是标准组合，wpa_supplicant 就是给 NetworkManager 干活的
NetworkManager + wpa_cli	⚠️ 只建议只读使用	`status`、`signal_poll` 等查询没问题。用 `select_network`、`disconnect` 等命令会和 NetworkManager 冲突：NetworkManager 会认为连接失败，重新连接或换一个 AP
NetworkManager + nmcli	✅	客户端和服务端的关系
systemd-networkd + `wpa_supplicant@wlan0`	✅ 必须一起开	标准组合
NetworkManager + systemd-networkd，管理不同网卡	✅	在 NetworkManager 里设置 `[keyfile] unmanaged-devices=interface-name:eth0`，或者 networkd 的 `.network` 文件只匹配它负责的网卡
NetworkManager + systemd-networkd，管理同一张网卡	❌	两边都会跑 DHCP、写地址和路由，结果是地址重复、路由被反复覆盖、断网
两个 wpa_supplicant 管理同一张网卡	❌	例如 D-Bus 实例被 NetworkManager 用着，又手动起了一个 `-i wlan0 -c xxx.conf` 的实例。两者会抢着扫描和关联，导致频繁掉线
NetworkManager 管理的网卡上再手动运行 dhclient / udhcpc	❌	两个 DHCP 客户端会互相打架，也会造成“偶尔拿不到 IPv4”这类现象
ifupdown 和 NetworkManager 管理同一张网卡	❌	默认 `[ifupdown] managed=false`，NetworkManager 会自动避让 `interfaces` 文件里写了的网卡
开启了 systemd-networkd 但没有配置任何网卡	✅ 但有副作用	`systemd-networkd-wait-online` 会让开机多等 2 分钟。不用就 disable 掉

检查本机谁在管理网卡

systemctl is-active NetworkManager systemd-networkd wpa_supplicant 'wpa_supplicant@*'
ps -ef | grep -E '[w]pa_supplicant|[d]hclient|[u]dhcpc|[d]hcpcd|[d]nsmasq'   # 看有没有重复进程
nmcli dev status          # 显示 unmanaged 的网卡不归 NetworkManager 管
networkctl list           # 显示 configured 的网卡归 networkd 管，unmanaged 则不归它管
ls /run/wpa_supplicant/   # 每个 socket 文件对应一张由 wpa_supplicant 管理的网卡
cat /etc/netplan/*.yaml 2>/dev/null   # Ubuntu 上看 renderer

选型建议

桌面、笔记本、需要经常切换 WiFi 的设备：NetworkManager + wpa_supplicant（D-Bus 模式），用 nmcli 操作；wpa_cli 只用来查看状态。
嵌入式、固定网络：
- systemd-networkd + wpa_supplicant@wlan0；
- 或者更简单的 wpa_supplicant（conf 文件模式）+ udhcpc，用 wpa_cli 调试。
一张网卡只选一套方案，其他管理者要对这张网卡设置 unmanaged，或者直接停掉。

9. 用到的技术汇总

技术	用在哪里
nl80211 / cfg80211（generic netlink）	wpa_supplicant、iw 与内核 WiFi 子系统通信：扫描、认证、关联、装密钥
rtnetlink	NetworkManager、networkd、ip 命令设置地址、路由、链路状态，并监听链路变化
D-Bus	nmcli ↔ NetworkManager ↔ wpa_supplicant；networkctl ↔ networkd
Unix 域 socket（控制接口）	wpa_cli ↔ wpa_supplicant
EAPOL / 802.1X、WPA2 四次握手、SAE（WPA3）	wpa_supplicant 的链路认证和密钥协商
DHCPv4（UDP 67/68，packet socket 广播）、DHCPv6	获取 IPv4 地址和网关/DNS；获取 IPv6 地址或前缀
IPv6 RA / SLAAC（ICMPv6）	获取 IPv6 地址。和 DHCPv4 完全独立，所以会出现“有 IPv6、没 IPv4”
polkit	普通用户操作 NetworkManager 时的权限控制
udev	网卡命名（`.link` 文件），NetworkManager 判断哪些设备由它管理
dnsmasq	NetworkManager 开热点（shared 模式）时提供 DHCP/DNS 服务

nmcli -f NAME,TYPE,FILENAME con show   # 每个连接对应哪个文件

netplan 是 Ubuntu 上的配置生成器，不是守护进程。它本身不联网，只做一件事：把 /etc/netplan/*.yaml 翻译成 NetworkManager 或 systemd-networkd 的配置文件，再由它们去联网。

/etc/netplan/*.yaml
      │  开机时由 systemd generator 自动执行 netplan generate；手动改完后执行 netplan apply
      ▼
renderer: NetworkManager                    renderer: networkd
      │                                            │
/run/NetworkManager/system-connections/     /run/systemd/network/*.network
  netplan-*.nmconnection                    /run/netplan/wpa-wlan0.conf（WiFi 时生成）
      │                                            │
NetworkManager → wpa_supplicant(D-Bus)      systemd-networkd + netplan-wpa-wlan0.service

要点：

renderer 字段决定交给谁：NetworkManager 或 networkd，默认是 networkd。
生成的文件都在 /run 下，每次开机重新生成。直接改它们，重启后就没了。要永久修改，必须改 yaml。
WiFi 写在 wifis: 下面，示例：

network:
  version: 2
  renderer: NetworkManager
  wifis:
    wlan0:
      dhcp4: true
      access-points:
        "MyHotspot":
          password: "12345678"

常用命令：

netplan get：查看合并后的配置。
netplan try：试用新配置，不确认的话 120 秒后自动回滚，远程改网络时很有用。
netplan apply：生效。
netplan generate：只生成配置，不生效。

几种常见情况：

系统	netplan 配置	SSID 实际保存在哪
Ubuntu 桌面版（22.04 及以前）	`01-network-manager-all.yaml` 里只有 `renderer: NetworkManager` 一行	NetworkManager 自己的 `/etc/NetworkManager/system-connections/`
Ubuntu 23.10 及以后	NetworkManager 和 netplan 打通	用 nmcli 或图形界面新建的连接会写成 `/etc/netplan/90-NM-<uuid>.yaml`，再生成到 `/run/NetworkManager/system-connections/`
Ubuntu Server	一般用 `renderer: networkd`，或者不写	SSID 和密码在 yaml 里
Debian、RHEL、嵌入式 BSP	通常没有 netplan	不涉及

和前面说的组件放在一起：netplan 排在 NetworkManager 和 networkd 之上，只负责写配置。同一张网卡只能交给一个 renderer，所以 netplan 本身不会造成双管理者冲突。但如果同一个连接在 yaml 和 /etc/NetworkManager/system-connections/ 里各有一份，就会出现两个同名连接。

看你的机器有没有用 netplan：执行 ls /etc/netplan/，没有这个目录就是没用。

wpa_supplicant 和 netplan 都没有 DHCP 客户端；NetworkManager、systemd-networkd 和 iwd 各自内置了一套。

组件	内置 DHCP 客户端	能否换成外部客户端
NetworkManager	dhcp=internal，1.20 起是默认值。DHCPv4：较新版本用 nettools 项目的 n-dhcp4，较早版本用从 systemd 拷进来的 sd-dhcp-client 代码。DHCPv6：用从 systemd 拷进来的 sd-dhcp6-client	可以。在 NetworkManager.conf 的 [main] 段写 dhcp=dhclient 或 dhcp=dhcpcd，前提是装了对应的程序
systemd-networkd	systemd 自己的 libsystemd-network 库：sd-dhcp-client（v4）、sd-dhcp6-client（v6）。同一个库里还有 sd-dhcp-server（DHCP 服务端）和 sd-radv（发 RA）	不能
wpa_supplicant	没有	—
netplan	没有，由 renderer 指定的 NetworkManager 或 networkd 负责	—
iwd	有，用 ell 库的 l_dhcp。需要在 /etc/iwd/main.conf 里设置 EnableNetworkConfiguration=true 才启用	默认不启用，交给 NetworkManager 或 networkd
ifupdown	没有。按顺序找系统里装了的外部客户端：dhclient（isc-dhcp-client）→ pump → udhcpc → dhcpcd	—
嵌入式（busybox）	一般是 udhcpc，它通过 /usr/share/udhcpc/default.script 配置地址	—

NetworkManager 的 DHCPv4 用的是 n-dhcp4 还是 sd-dhcp，取决于版本。我记得大约 1.36 起改成了 n-dhcp4，但这个版本号没有核实，以你机器上的版本为准。

查本机实际用的是哪个：
NetworkManager --version
NetworkManager --print-config | grep -i dhcp # 没写 dhcp= 就是 internal
journalctl -u NetworkManager -b | grep -i "dhcp.*client" # 启动日志里会打印用的是哪个 DHCP 客户端
ps -ef | grep -E '[d]hclient|[d]hcpcd|[u]dhcpc' # 用内置客户端时，看不到单独的 DHCP 进程

排查 IPv4 问题：
- 内置客户端没有单独进程和日志文件，DHCP 过程只出现在 NetworkManager 的日志里。打开详细日志：
nmcli general logging level TRACE domains DHCP4,IP4
journalctl -u NetworkManager -f
能看到 Discover、Offer、Request、ACK 每一步有没有发出和收到。
- 对比验证：可以临时改成 dhcp=dhclient，重启 NetworkManager 后再跑压测。如果换了客户端后问题消失，就说明是客户端这边的问题；如果还在，问题多半在热点端或空口。

DAMO开发者矩阵

DAMO开发者矩阵，由阿里巴巴达摩院和中国互联网协会联合发起，致力于探讨最前沿的技术趋势与应用成果，搭建高质量的交流与分享平台，推动技术创新与产业应用链接，围绕“人工智能与新型计算”构建开放共享的开发者生态。

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