MACとIPを紐づけても、IPが固定しない

Kubernetesクラスターを構築しようと、Raspberry Piに Ubuntu Server 20.04 LTS の64bit版を導入しました。
IPアドレスを固定化 するため、いつものように ¹ 、ルーターのDHCPサーバーの設定で、Raspberry Piの MACアドレスとIPアドレスを紐づけましたが、うまくいきません。

【上図について】 raspi001～raspi003を、192.168.1.151～192.168.1.153に割り当てしようとしたものの（赤枠の部分でMACとIPの紐づけを設定）、動的に192.168.1.10xが割り当てられてしまいました。本来、Raspberry PiのMACアドレスは b8:27:eb や dc:a6:32 、 e4:5f:01 で始まりますが ² 、raspi001～raspi003には、まったく異なる値が表示されています。

悩みましたが、下記の対応策で解決しました。

ルーター側で固定IPを設定するメリット

ちなみに、Raspberry Pi側で固定IPを設定せず、ルーター側で設定しているのは、 次のようなメリットがある からです。

K8sクラスターを構成するすべてのRaspberry Pi（今回は3台）のIPアドレスを、ルーターで一括して設定できる
今後、ネットワーク構成に変更が生じても、ルーターの設定変更だけで済む

原因は‥

実は、Ubuntu（少なくとも20.04）では、DHCPのリクエスト時に、端末識別子として MACアドレスとは別の識別子 を送信します。このため、ルーター（DHCPサーバー）でMACアドレスを指定しても、別の端末と見なされ、IPアドレスが動的に割り振られます。

対応策：識別子としてMACを使うように設定

これを回避するには、Ubuntuのネットワーク設定で、DHCPの識別子にMACアドレスを使うよう設定します。最近のUbuntuでは、ネットワークの設定にnetplanを用いるため、 /etc/netplan/99_config.yaml を次のような内容で作成し、デフォルト設定を上書きします ³ （Raspberry Piの場合、有線のネットワークインターフェースは eth0 です）。

$ sudo vi /etc/netplan/99_config.yaml

/etc/netplan/99_config.yaml

network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: true
      dhcp-identifier: mac

次のコマンドで、設定を仮反映します。

$ sudo netplan try

新しいIPでSSHを接続し直し、問題がなければ、次のコマンドで確定反映します。
問題がある場合は、120秒間待つと、元の設定に戻ります。

$ sudo netplan apply

以上の設定にすると、ルーター側でIPアドレスを固定にすることができました。

【上図について】 raspi001～raspi003に、192.168.1.151～192.168.1.153が割り当てられました（赤枠の部分でMACとIPの紐づけを設定）。

なお、今回の設定は、netplanのドキュメントでは ⁴ Integration with a Windows DHCP Server の設定例として書かれており、なかなかわかりづらかったです。

参考：Raspberry Pi側で固定IPを設定する場合

/etc/netplan/99_config.yaml を次のような内容で作成します（反映方法は、DHCPの場合と同じです）。

/etc/netplan/99_config.yaml

network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: false
      addresses:
        - 192.168.1.151/24
      gateway4: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses:
          - 192.168.1.1

Raspberry Pi OS(Raspbian)の場合は、問題ありません。 ↩
http://standards-oui.ieee.org/oui.txt ↩
https://ubuntu.com/server/docs/network-configuration ↩
https://netplan.io/examples ↩