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105.1 Die Shell-Umgebung anpassen und verwenden
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Thema 109: Netzwerkgrundlagen
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109.2 Persistente Netzwerkkonfiguration
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109.3 Grundlegende Netzwerkfehlerbehebung
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How to get certified
  1. Thema 109: Netzwerkgrundlagen
  2. 109.2 Persistente Netzwerkkonfiguration
  3. 109.2 Lektion 2

109.2 Lektion 2

Zertifikat:

LPIC-1

Version:

5.0

Thema:

109 Netzwerkgrundlagen

Lernziel:

109.2 Persistente Netzwerkkonfiguration

Lektion:

2 von 2

Einführung

Linux unterstützt praktisch jede Netzwerktechnologie zur Verbindung von Servern, Containern, virtuellen Maschinen, Desktops und mobilen Geräten. Die Verbindungen zwischen all diesen Netzwerkknoten können dynamisch und heterogen sein und erfordern daher eine entsprechende Verwaltung durch das jeweils darauf laufende Betriebssystem.

In der Vergangenheit entwickelten die Distributionen ihre eigenen maßgeschneiderten Lösungen für die Verwaltung dynamischer Netzwerkinfrastrukturen. Heute bieten Tools wie NetworkManager und systemd umfassendere und integrierte Funktionen, die allen spezifischen Anforderungen gerecht werden.

NetzwerkManager

Die meisten Linux-Distributionen nutzen den Daemon NetworkManager zur Konfiguration und Steuerung der Netzwerkverbindungen des Systems. Aufgabe von NetworkManager ist es, die Netzwerkkonfiguration so einfach und automatisch wie möglich zu gestalten. Beim Einsatz von DHCP beispielsweise kümmert sich NetworkManager um Routenänderungen, das Abrufen von IP-Adressen und die Aktualisierung der lokalen Liste von DNS-Servern, falls erforderlich. Wenn sowohl Kabel- als auch drahtlose Verbindungen verfügbar sind, gibt NetworkManager standardmäßig der kabelgebundenen Verbindung den Vorrang. NetworkManager versucht, wenn immer möglich, mindestens eine Verbindung ständig aktiv zu halten.

Note

Eine DHCP-Anfrage (Dynamic Host Configuration Protocol) wird normalerweise über die Netzwerkverbindung gesendet, sobald die Verbindung zum Netzwerk hergestellt ist. Der im Netz aktive DHCP-Server antwortet mit den Einstellungen (IP-Adresse, Netzmaske, Standardroute usw.), die der Anfragende dann für die Kommunikation über das IP-Protokoll verwenden muss.

Standardmäßig kontrolliert der NetworkManager-Daemon die Netzwerkschnittstellen, die nicht in der Datei /etc/network/interfaces aufgeführt sind, um andere Konfigurationsmethoden, die möglicherweise ebenfalls vorhanden sind, nicht zu stören. Er ändert daher auch nur die nicht überwachten Schnittstellen.

Der NetworkManager-Dienst läuft im Hintergrund mit Root-Rechten und löst die notwendigen Aktionen aus, um das System online zu halten. Normale Benutzer können Netzwerkverbindungen mit Client-Anwendungen erstellen und ändern, die zwar selbst keine Root-Rechte haben, aber mit dem zugrundeliegenden Dienst kommunizieren, um die angeforderten Aktionen durchzuführen.

Client-Anwendungen für NetworkManager gibt es sowohl für die Befehlszeile als auch für die grafische Umgebung. Bei letzterer sind sie Zubehör zur Desktopumgebung (unter Namen wie nm-tray, network-manager-gnome, nm-applet oder plasma-nm) und normalerweise über ein Symbol in der Ecke der Desktopleiste oder über das Systemkonfigurationsprogramm zugänglich.

Auf der Befehlszeile bietet der NetworkManager selbst zwei Clientprogramme: nmcli und nmtui. Beide Programme haben die gleichen Grundfunktionen, aber nmtui hat eine Curses-basierte Schnittstelle, während nmcli umfassender ist und auch in Skripten eingesetzt werden kann. Der Befehl nmcli unterscheidet alle netzwerkbezogenen Eigenschaften, die NetworkManager kontrolliert, in Kategorien, sogenannte Objekte:

general

Allgemeiner Status und Betrieb von NetworkManager.

networking

Allgemeine Netzwerkkontrolle.

radio

NetworkManager-Funkschalter.

connection

NetworkManager-Verbindungen.

device

Von NetworkManager verwaltete Geräte.

agent

NetworkManager Secret- oder Polkit-Agent.

monitor

Änderungen von NetworkManager überwachen.

Der Objektname ist das Hauptargument für den Befehl nmcli. Um etwa den gesamten Verbindungsstatus des Systems anzuzeigen, geben Sie das Objekt general als Argument an:

$ nmcli general
STATE      CONNECTIVITY  WIFI-HW  WIFI     WWAN-HW  WWAN
connected  full          enabled  enabled  enabled  enabled

Die Spalte STATE gibt an, ob das System mit einem Netz verbunden ist oder nicht. Ist die Verbindung aufgrund externer Fehlkonfigurationen oder Zugangsbeschränkungen eingeschränkt, erscheint in der Spalte CONNECTIVITY nicht der Status full. Wenn in der Spalte CONNECTIVITY der Eintrag Portal erscheint, bedeutet dies, dass zusätzliche Authentifizierungsschritte (in der Regel über den Webbrowser) erforderlich sind, um den Verbindungsvorgang abzuschließen. Die übrigen Spalten geben den Status der drahtlosen Verbindungen (falls vorhanden) an, entweder WIFI oder WWAN (Wide Wireless Area Network, d.h. Mobilfunknetze). Das Suffix HW zeigt an, dass sich der Status auf das Netzwerkgerät und nicht auf die Netzwerkverbindung des Systems bezieht, also ob die Hardware aktiviert oder deaktiviert ist, um Strom zu sparen.

Neben dem Objektargument benötigt nmcli auch ein Befehlsargument zur Ausführung. Der Befehl status ist der Default, wenn kein Befehlsargument gegeben ist, so dass nmcli general als nmcli general status interpretiert wird.

Wenn die Netzwerkschnittstelle über Kabel direkt mit dem Zugangspunkt verbunden ist, sind meist keine weiteren Eingriffe notwendig. Drahtlose Netzwerke erfordern hingegen zusätzliche Schritte, um neue Teilnehmer zu akzeptieren. nmcli erleichtert den Verbindungsprozess und speichert die Einstellungen, um sich in Zukunft automatisch zu verbinden. Daher ist es sehr hilfreich für Laptops oder andere mobile Geräte.

Bevor eine Verbindung zum WLAN hergestellt wird, ist es sinnvoll, zunächst die verfügbaren Netzwerke vor Ort aufzulisten. Verfügt das System über einen funktionierenden WLAN-Adapter, wird das Objekt device diesen nutzen, um die verfügbaren Netzwerke mit dem Befehl nmcli device wifi list zu scannen:

$ nmcli device wifi list
IN-USE  BSSID              SSID        MODE   CHAN  RATE        SIGNAL  BARS  SECURITY
        90:F6:52:C5:FA:12  Hypnotoad   Infra  11    130 Mbit/s  67      ▂▄▆_  WPA2
        10:72:23:C7:27:AC  Jumbao      Infra  1     130 Mbit/s  55      ▂▄__  WPA2
        00:1F:33:33:E9:BE  NETGEAR     Infra  1     54 Mbit/s   35      ▂▄__  WPA1 WPA2
        A4:33:D7:85:6D:B0  AP53        Infra  11    130 Mbit/s  32      ▂▄__  WPA1 WPA2
        98:1E:19:1D:CC:3A  Bruma       Infra  1     195 Mbit/s  22      ▂___  WPA1 WPA2

Die meisten Benutzer werden wahrscheinlich über Namen in der Spalte SSID das gewünschte Netz identifizieren. Zum Beispiel stellt der Befehl nmcli eine Verbindung zum Netzwerk mit dem Namen Hypnotoad über das Objekt device her:

$ nmcli device wifi connect Hypnotoad

Wenn Sie den Befehl in einem Terminalemulator in der grafischen Umgebung ausführen, erscheint ein Dialogfeld, das die Passphrase für das Netzwerk abfragt. In einer reinen Textkonsole geben Sie das Passwort zusammen mit den anderen Argumenten an:

$ nmcli device wifi connect Hypnotoad password MyPassword

Wenn das WLAN seinen SSID-Namen verbirgt, stellt nmcli mit dem zusätzlichen Argument hidden yes trotzdem eine Verbindung her:

$ nmcli device wifi connect Hypnotoad password MyPassword hidden yes

Hat das System mehr als einen WLAN-Adapter, geben Sie den gewünschten mit ifname an — um etwa eine Verbindung mit dem Adapter wlo1 herzustellen:

$ nmcli device wifi connect Hypnotoad password MyPassword ifname wlo1

Wurde die Verbindung erfolgreich hergestellt, benennt NetworkManager sie nach der entsprechenden SSID (wenn es sich um eine WLAN-Verbindung handelt) und behält diese für zukünftige Verbindungen bei. Die Verbindungsnamen und ihre UUIDs sehen Sie mit dem Befehl nmcli connection show:

$ nmcli connection show
NAME               UUID                                  TYPE      DEVICE
Ethernet           53440255-567e-300d-9922-b28f0786f56e  ethernet  enp3s5
tun0               cae685e1-b0c4-405a-8ece-6d424e1fb5f8  tun       tun0
Hypnotoad          6fdec048-bcc5-490a-832b-da83d8cb7915  wifi      wlo1
4G                 a2cf4460-0cb7-42e3-8df3-ccb927f2fd88  gsm       --

Zu erkennen sind der Typ jeder Verbindung — das kann ethernet, wifi, tun, gsm, bridge usw. sein — sowie das verbundene Device. Um Aktionen für eine bestimmte Verbindung durchzuführen, geben Sie deren Namen oder UUID an. Um zum Beispiel die Verbindung Hypnotoad zu deaktivieren:

$ nmcli connection down Hypnotoad
Connection 'Hypnotoad' successfully deactivated

Ebenso stellen Sie mit dem Befehl nmcli connection up Hypnotoad die Verbindung wieder her, da NetworkManager sie nun gespeichert hat. Über den Schnittstellennamen trennen Sie die Verbindung auch wieder, aber in diesem Fall über das Objekt device:

$ nmcli device disconnect wlo2
Device 'wlo1' successfully disconnected.

Der Schnittstellenname dient Ihnen auch dazu, die Verbindung wiederherzustellen:

$ nmcli device connect wlo2
Device 'wlo1' successfully activated with '833692de-377e-4f91-a3dc-d9a2b1fcf6cb'.

Beachten Sie, dass sich die UUID bei jedem Verbindungsaufbau ändert, so dass der Name vorzuziehen ist.

Wenn ein Funkadapter vorhanden, aber ungenutzt ist, schalten Sie ihn aus, um Strom zu sparen — dieses Mal über das Objekt radio, das Sie an nmcli übergeben:

$ nmcli radio wifi off

Natürlich können Sie das drahtlose Gerät mit dem Befehl nmcli radio wifi on wieder einschalten.

Sobald die Verbindungen hergestellt wurden, ist künftig keine manuelle Interaktion mehr erforderlich, da NetworkManager verfügbare bekannte Netzwerke erkennt und automatisch eine Verbindung herstellt. Falls erforderlich, verfügt NetworkManager über Plugins, die seine Funktionen erweitern, wie z.B. das Plugin zur Unterstützung von VPN-Verbindungen.

systemd-networkd

Systeme mit systemd nutzen optional eingebaute Daemons zur Verwaltung der Netzwerkkonnektivität: systemd-networkd zur Kontrolle der Netzwerkschnittstellen und systemd-resolved zur Verwaltung der lokalen Namensauflösung. Diese Dienste sind abwärtskompatibel mit den alten Linux-Konfigurationsmethoden, aber insbesondere die Konfiguration der Netzwerkschnittstellen hat Eigenschaften, die Sie kennen sollten.

Die Konfigurationsdateien, die systemd-networkd zum Einrichten von Netzwerkschnittstellen verwendet, befinden sich in einem der folgenden drei Verzeichnisse:

/lib/systemd/network

Netzwerkverzeichnis des Systems

/run/systemd/network

Flüchtiges Netzwerkverzeichnis zur Laufzeit

/etc/systemd/network

Netzwerkverzeichnis der lokalen Verwaltung

Die Dateien werden in lexikografischer Reihenfolge verarbeitet. Es empfiehlt sich daher, die Namen der Dateien mit Nummern zu beginnen, um die Reihenfolge leichter zu lesen und einzustellen.

Dateien in /etc haben die höchste Priorität, während Dateien in /run Vorrang vor Dateien gleichen Namens in /lib haben. Das bedeutet, dass systemd-networkd die Dateien mit der niedrigeren Priorität ignoriert, wenn Konfigurationsdateien in verschiedenen Verzeichnissen den gleichen Namen haben. Die Trennung der Dateien auf diese Weise ist eine Möglichkeit, die Schnittstelleneinstellungen zu ändern, ohne die Originaldateien zu modifizieren: Sie nehmen Änderungen in /etc/systemd/network vor, um jene in /lib/systemd/network zu überschreiben.

Der Zweck der einzelnen Konfigurationsdateien hängt von ihrem Suffix ab. Dateinamen, die auf .netdev enden, dienen systemd-networkd dazu, virtuelle Netzwerkgeräte zu erstellen, wie z.B. bridge oder tun Geräte. Dateien, die auf .link enden, legen Low-Level-Konfigurationen für die entsprechende Netzwerkschnittstelle fest. systemd-networkd erkennt und konfiguriert Netzwerkgeräte automatisch, sobald diese auftauchen — und ignoriert auch Geräte, die bereits auf andere Weise konfiguriert wurden --, so dass es in den meisten Fällen nicht notwendig ist, diese Dateien hinzuzufügen.

Das wichtigste Suffix ist .network. Dateien mit dieser Endung dienen der Einrichtung von Netzwerkadressen und Routen. Wie bei den anderen Konfigurationsdateitypen definiert der Name der Datei die Reihenfolge, in sie verarbeitet wird. Die Netzwerkschnittstelle, auf die sich die Konfigurationsdatei bezieht, wird im Abschnitt [Match] in der Datei definiert.

Zum Beispiel wird die Ethernetschnittstelle enp3s5 in der Datei /etc/systemd/network/30-lan.network durch den Eintrag Name=enp3s5 im Abschnitt [Match] wie folgt ausgewählt:

[Match]
Name=enp3s5

Eine Liste von durch Leerzeichen getrennten Namen wird ebenfalls akzeptiert, um mehrere Netzwerkschnittstellen mit derselben Datei abzugleichen. Die Namen können Shell-ähnliche Globs enthalten, wie beispielsweise en*. Andere Einträge bieten verschiedene Match-Regeln, wie die Auswahl eines Netzwerkgeräts anhand seiner MAC-Adresse:

[Match]
MACAddress=00:16:3e:8d:2b:5b

Die Einstellungen für das Gerät finden sich im Abschnitt [Network] der Datei. Für eine einfache statische Netzwerkkonfiguration sind nur die Einträge Address und Gateway erforderlich:

[Match]
MACAddress=00:16:3e:8d:2b:5b

[Network]
Address=192.168.0.100/24
Gateway=192.168.0.1

Um DHCP anstelle statischer IP-Adressen zu verwenden, sollte der Eintrag DHCP gesetzt sein:

[Match]
MACAddress=00:16:3e:8d:2b:5b

[Network]
DHCP=yes

Der Dienst systemd-networkd wird versuchen, sowohl IPv4- als auch IPv6-Adressen für die Netzwerkschnittstelle zu erhalten. Um nur IPv4 zu verwenden, setzen Sie DHCP=ipv4. Ebenso wird DHCP=ipv6 die IPv4-Einstellungen ignorieren und nur die angegebene IPv6-Adresse verwenden.

Passwortgeschützte drahtlose Netzwerke konfiguriert systemd-networkd ebenfalls, aber der Netzwerkadapter muss bereits im Netzwerk authentifiziert sein, bevor systemd-networkd ihn konfigurieren kann. Die Authentifizierung führt WPA supplicant durch, ein Programm zur Konfiguration von Netzwerkadaptern für passwortgeschützte Netzwerke.

Der erste Schritt besteht darin, die Anmeldedaten mit dem Befehl wpa_passphrase zu erstellen:

# wpa_passphrase MyWifi > /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant-wlo1.conf

Der Befehl entnimmt die Passphrase für das drahtlose Netzwerk MyWifi aus der Standardeingabe und speichert ihren Hash in der Datei /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant-wlo1.conf. Beachten Sie, dass der Dateiname den Namen der drahtlosen Schnittstelle enthalten sollte, daher das wlo1 im Dateinamen.

Der systemd-Manager liest die WPA-Passphrasendateien in /etc/wpa_supplicant/ und erstellt den entsprechenden Dienst, um den WPA-Supplicant auszuführen und die Schnittstelle zu aktivieren. Die Passphrasendatei im Beispiel hat dann eine entsprechende Service Unit namens wpa_supplicant@wlo1.service. Der Befehl systemctl start wpa_supplicant@wlo1.service verbindet den Wireless-Adapter mit dem Remote Access Point. Der Befehl systemctl enable wpa_supplicant@wlo1.service sorgt dafür, dass die Verbindung beim Booten automatisch hergestellt wird.

Schließlich muss eine .network-Datei, die zur wlo1-Schnittstelle passt, in /etc/systemd/network/ vorhanden sein, da systemd-networkd diese Datei verwendet, um die Schnittstelle zu konfigurieren, sobald der WPA-Supplicant die Zuweisung zum Zugangspunkt beendet hat.

Geführte Übungen

  1. Was bedeutet das Wort Portal in der Spalte CONNECTIVITY in der Ausgabe des Befehls nmcli general status?

  2. Wie nutzt ein normaler Benutzer in einem Konsolenterminal den Befehl nmcli, um sich mit dem drahtlosen Netzwerk MyWifi zu verbinden, das durch das Passwort MyPassword geschützt ist?

  3. Mit welchem Befehl schalten Sie den Wireless-Adapter ein, wenn er zuvor vom Betriebssystem deaktiviert wurde?

  4. In welchem Verzeichnis sollten benutzerdefinierte Konfigurationsdateien abgelegt werden, wenn systemd-networkd die Netzwerkschnittstellen verwaltet?

Offene Übungen

  1. Wie führen Sie den Befehl nmcli aus, um eine nicht verwendete Verbindung namens Hotel Internet zu löschen?

  2. NetworkManager scannt WLAN-Netzwerke in regelmäßigen Abständen, und der Befehl nmcli device wifi list listet nur die Zugangspunkte auf, die bei der letzten Suche gefunden wurden. Wie führen Sie den Befehl nmcli aus, um NetworkManager aufzufordern, alle verfügbaren Zugangspunkte sofort erneut zu scannen?

  3. Welcher name-Eintrag sollte im [Match]-Abschnitt einer systemd-networkd-Konfigurationsdatei stehen, um alle Ethernetschnittstellen zu matchen?

  4. Wie führen Sie den Befehl wpa_passphrase aus, damit das als Argument angegebene Passwort verwendet und nicht von der Standardeingabe eingelesen wird?

Zusammenfassung

Diese Lektion befasst sich mit den gängigen Werkzeugen, die unter Linux zur Verwaltung heterogener und dynamischer Netzwerkverbindungen zur Verfügung stehen. Obwohl die meisten Konfigurationsmethoden keinen Benutzereingriff erfordern, ist dieser manchmal notwendig, und Werkzeuge wie NetworkManager und systemd-networkd reduzieren diesen Aufwand auf ein Minimum. In dieser Lektion werden die folgenden Themen behandelt:

  • Wie Sie NetworkManager und systemd-networkd in das System integrieren.

  • Wie Sie mit NetworkManager und systemd-networkd interagieren.

  • Grundlegende Schnittstellenkonfiguration mit NetworkManager und systemd-networkd.

Die behandelten Konzepte, Befehle und Verfahren sind:

  • Die Client-Befehle von NetworkManager: nmtui und nmcli.

  • Scannen und Verbinden mit drahtlosen Netzwerken unter Verwendung der entsprechenden Befehle von nmcli.

  • Dauerhafte WiFi-Netzwerkverbindungen mit systemd-networkd.

Lösungen zu den geführten Übungen

  1. Was bedeutet das Wort Portal in der Spalte CONNECTIVITY in der Ausgabe des Befehls nmcli general status?

    Es bedeutet, dass zusätzliche Authentifizierungsschritte (in der Regel über den Webbrowser) erforderlich sind, um den Verbindungsprozess abzuschließen.

  2. Wie nutzt ein normaler Benutzer in einem Konsolenterminal den Befehl nmcli, um sich mit dem drahtlosen Netzwerk MyWifi zu verbinden, das durch das Passwort MyPassword geschützt ist?

    In einem reinen Textterminal lautet der Befehl:

    $ nmcli device wifi connect MyWifi password MyPassword
  3. Mit welchem Befehl schalten Sie den Wireless-Adapter ein, wenn er zuvor vom Betriebssystem deaktiviert wurde?

    $ nmcli radio wifi on
  4. In welchem Verzeichnis sollten benutzerdefinierte Konfigurationsdateien abgelegt werden, wenn systemd-networkd die Netzwerkschnittstellen verwaltet?

    Im Netzwerkverzeichnis der lokalen Verwaltung: /etc/systemd/network.

Lösungen zu den offenen Übungen

  1. Wie führen Sie den Befehl nmcli aus, um eine nicht verwendete Verbindung namens Hotel Internet zu löschen?

    $ nmcli connection delete "Hotel Internet"
  2. NetworkManager scannt WLAN-Netzwerke in regelmäßigen Abständen, und der Befehl nmcli device wifi list listet nur die Zugangspunkte auf, die bei der letzten Suche gefunden wurden. Wie führen Sie den Befehl nmcli aus, um NetworkManager aufzufordern, alle verfügbaren Zugangspunkte sofort erneut zu scannen?

    Der Root-Benutzer führt nmcli device wifi rescan aus, um NetworkManager zu veranlassen, die verfügbaren Zugangspunkte erneut zu scannen.

  3. Welcher name-Eintrag sollte im [Match]-Abschnitt einer systemd-networkd-Konfigurationsdatei stehen, um alle Ethernetschnittstellen zu matchen?

    Der Eintrag name=en*, da en das Präfix für Ethernetschnittstellen in Linux ist und systemd-networkd Shell-ähnliche Globs akzeptiert.

  4. Wie führen Sie den Befehl wpa_passphrase aus, damit das als Argument angegebene Passwort verwendet und nicht von der Standardeingabe eingelesen wird?

    Das Passwort sollte direkt nach der SSID angegeben werden, wie in wpa_passphrase MyWifi MyPassword.

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