Cloud-init 网络配置中网关地址不在子网时的处理问题分析

在 Ubuntu Focal 系统上使用 cloud-init 进行网络配置时，当网关 IP 地址不在网卡所属子网范围内时，会出现路由配置失败的问题。这个问题主要出现在使用 systemd-networkd 作为网络管理器的环境中，特别是 Ubuntu 20.04 (Focal)版本。

问题现象

当网络配置中指定了一个网关地址，而这个地址不在网卡所属的子网范围内时，systemd-networkd 会拒绝应用该路由配置。系统日志中会出现类似"Could not set route: Nexthop has invalid gateway. Network is unreachable"的错误信息。

例如，当网卡配置了212.47.x.x/32的地址，而网关地址为62.210.0.1时，由于这两个地址不在同一子网内，systemd-networkd 会拒绝创建这条路由。

技术背景

这个问题源于 systemd-networkd 在不同版本中的行为差异。在 Ubuntu 20.04 (Focal)中使用的 systemd 245版本中，当网关地址不在本地子网范围内时，默认会拒绝创建路由。而在较新的版本（如 Ubuntu 22.04 Jammy 中的 systemd 249）中，这个限制已经被放宽。

在 Linux 网络配置中，onlink参数是一个重要的路由选项。它告诉内核即使网关地址不在本地子网范围内，也允许创建这条路由。这个选项在某些特定的网络环境中是必要的，特别是在云服务提供商的一些特殊网络架构中。

解决方案

对于这个问题，目前有以下几种解决方案：

1. 手动添加onlink参数：在网络配置中显式添加on-link: true参数。例如：

routes:
- to: 169.254.42.42/32
  via: 62.210.0.1
  on-link: true

2. 修改数据源配置：对于特定的云平台数据源（如Scaleway），可以在数据源代码中自动添加这个参数，当检测到网关地址不在子网范围内时。

3. 系统升级：升级到较新的 Ubuntu 版本（如22.04或24.04），这些版本中的 systemd-networkd 已经放宽了这个限制。

最佳实践建议

1. 在编写 cloud-init 网络配置时，如果网关地址不在本地子网范围内，应该显式添加on-link: true参数。

2. 对于云服务提供商来说，应该在他们的数据源实现中自动处理这种情况，为用户提供更好的开箱即用体验。

3. 在维护跨多个 Ubuntu 版本的系统时，应该特别注意这种版本间的行为差异，并在文档中明确说明。

这个问题虽然看起来是一个小问题，但它反映了网络配置在不同系统组件和版本间的兼容性挑战。理解这些底层机制对于构建稳定可靠的云基础设施至关重要。