淺談Linux虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

時(shí)間：2020-06-23 21:03:12

關(guān)鍵字： Linux namespace network 虛擬網(wǎng)絡(luò)

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[導(dǎo)讀]在Linux虛擬化技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)級(jí)別上最重要的三項(xiàng)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)名稱空間、線對(duì)和Veth橋接器或虛擬交換機(jī)技術(shù)。今天，我們將指導(dǎo)您學(xué)習(xí)Linux網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)。

在Linux虛擬化技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)級(jí)別上最重要的三項(xiàng)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)名稱空間、線對(duì)和Veth橋接器或虛擬交換機(jī)技術(shù)。今天，我們將指導(dǎo)您學(xué)習(xí)Linux網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)。

我們首先了解下Network Namespace，它是由Linux內(nèi)核提供，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的重要功能。通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)隔離的網(wǎng)絡(luò)空間，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的隔離。

不同的Network Namespace的資源互相不可見(jiàn)，彼此之間無(wú)法通信。如下圖所示：

Network Namespace

ip netns命令

Network Namespace是Linux內(nèi)核提供的功能，本文借助ip命令來(lái)完成各種操作。ip命令來(lái)自于iproute2安裝包，一般系統(tǒng)默認(rèn)安裝，如果沒(méi)有的話，讀者可自行安裝。

ip命令管理的功能很多，和Network Namespace有關(guān)的操作都在其子命令ip netns下進(jìn)行的，可以通過(guò)ip netns help查詢命令幫助信息

[root@qll253 ~]# ip netns helpUsage: ip netns list

ip netns add NAME

ip netns set NAME NETNSID

ip [-all] netns delete [NAME]

ip netns identify [PID]

ip netns pids NAME

ip [-all] netns exec [NAME] cmd ...

ip netns monitor

ip netns list-id

創(chuàng)建Network Namespace

1、通過(guò) ip netns add 命令創(chuàng)建一個(gè)名為ns0的網(wǎng)絡(luò)命名空間：

[root@1ll253 ~]# ip netns add ns02、查詢命名空間

[root@1ll253 ~]# ip netns listns0

3、命名空間所在目錄

[root@1ll253 ~]# ls /var/run/netns/ns0

注意：新創(chuàng)建的 Network Namespace 會(huì)出現(xiàn)在/var/run/netns/目錄下。如果需要管理其他不是 ip netns 創(chuàng)建的 network namespace，只要在這個(gè)目錄下創(chuàng)建一個(gè)指向?qū)?yīng) network namespace 文件的鏈接即可。

操作Network Namespace

對(duì)于每個(gè) Network Namespace 來(lái)說(shuō)，它會(huì)有自己獨(dú)立的網(wǎng)卡、路由表、ARP 表、iptables 等和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的資源。ip命令提供了ip netns exec命令可以在對(duì)應(yīng)的 Network Namespace 中執(zhí)行命令。

1、查看網(wǎng)絡(luò)命名空間 ns0 的網(wǎng)卡信息

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 ip addr1: lo:mtu 65536 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000 link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

每個(gè) namespace 在創(chuàng)建時(shí)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)回環(huán)接口lo，默認(rèn)不啟用。它的作用和Linux系統(tǒng)中默認(rèn)看到的lo一樣，都是為了實(shí)現(xiàn)loopback通信，如果希望lo口能工作，可以通過(guò)下面的步驟2啟用它。

2、啟用lo回環(huán)網(wǎng)卡：

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 ip link set lo up再次檢查回環(huán)網(wǎng)卡狀態(tài)：

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 ip addr1: lo: mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000 link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00 inet 127.0.0.1/8 scope host lo

valid_lft forever preferred_lft forever

inet6 ::1/128 scope host

valid_lft forever preferred_lft forever

會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)回環(huán)口卡處于UP狀態(tài)，并且系統(tǒng)分配127.0.0.1/8的ip地址。

3、在 ns0 中打開(kāi)一個(gè)shell終端

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 /bin/bash[root@1ll253 ~]# ip addr1: lo: mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000 link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00 inet 127.0.0.1/8 scope host lo valid_lft forever preferred_lft forever

[root@1ll253 ~]# exitexit

通過(guò)執(zhí)行ip netns exec ns0 /bin/bash進(jìn)入ns0的shell終端，后面所有的命令都在這個(gè)Network Namespace中執(zhí)行，好處是不用每次執(zhí)行命令時(shí)都要帶上ip netns exec ，缺點(diǎn)是我們無(wú)法清楚知道自己當(dāng)前所在的shell，容易混淆。

可以采用下面的方法解決：

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 /bin/bash --rcfile <(echo "PS1=\"ns0> \"")ns0>

Network Namespace 之間的通信

默認(rèn)情況下，network namespace 是不能和主機(jī)網(wǎng)絡(luò)，或者其他 network namespace 通信的。

可以使用 Linux 提供的veth pair來(lái)完成通信，veth pair你可以理解為使用網(wǎng)線連接好的兩個(gè)接口，把兩個(gè)端口放到兩個(gè)namespace中，那么這兩個(gè)namespace就能打通。

接下來(lái)我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證：

1、創(chuàng)建veth pair

[root@1ll253 ~]# ip link add type veth

[root@1ll253 ~]# ip link14: veth0@veth1: mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether 06:17:62:85:64:fc brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

15: veth1@veth0: mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether fe:9a:48:e4:a3:99 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

[root@1ll253 ~]#

可以看到，此時(shí)系統(tǒng)中新增了一對(duì)veth pair：veth0和veth1，需要記住的是veth pair無(wú)法單獨(dú)存在，刪除其中一個(gè)，另一個(gè)也會(huì)自動(dòng)消失。

如果需要指定veth pair兩個(gè)端點(diǎn)的名稱，可以使用下面的命令：

[root@1ll253 ~]# ip link add veth001 type veth peer name veth002[root@1ll253 ~]# ip link12: veth002@veth001: mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether aa:3e:04:da:a7:69 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

13: veth001@veth002: mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether 3e:5d:5f:4e:06:2b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

2、創(chuàng)建Network Namespace

我們已創(chuàng)建了一個(gè)名為ns0的Network Namespace，下面再創(chuàng)建一個(gè)名稱為ns1的網(wǎng)絡(luò)命名空間。

[root@1ll253 ~]# ip netns add ns1[root@1ll253 ~]# ip netns listns1

ns0

3、把veth pair分別加入到這兩個(gè)namespace中

將veth0加入到ns0，將veth1加入到ns1，如下所示：

[root@1ll253 ~]# ip link set veth0 netns ns0[root@1ll253 ~]# ip link set veth1 netns ns14、分別為這對(duì)veth pair配置上ip地址，并啟用

1)為veth0配置IP，并啟用該虛擬網(wǎng)卡

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 ip addr add 192.168.1.1/24 dev veth0[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 ip link set veth0 up2)為veth1配置IP，并啟用該虛擬網(wǎng)卡

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns1 ip addr add 192.168.1.2/24 dev veth1[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns1 ip link set veth1 up5、查看這對(duì)veth pair的狀態(tài)

6、驗(yàn)證兩個(gè)Network Namespace之間的互通

可以看到，veth pair成功實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)不同Network Namespace之間的網(wǎng)絡(luò)交互。

網(wǎng)橋

雖然veth pair可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè) Network Namespace 之間的通信，但 veth pair 有一個(gè)明顯的缺陷，就是只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口之間的通信。如果多個(gè)network namespace需要進(jìn)行通信，則需要借助bridge。

下面我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行講解：

準(zhǔn)備步驟：還原網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

為方便接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)，我們把剛剛創(chuàng)建的Network Namespace及veth pair刪除，保證純凈的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

[root@1ll253 ~]# ip netns delete ns0[root@1ll253 ~]# ip netns delete ns11、創(chuàng)建3個(gè)Network Namespace

[root@1ll253 ~]# ip netns add ns0[root@1ll253 ~]# ip netns add ns1[root@1ll253 ~]# ip netns add ns22、創(chuàng)建3對(duì)veth pair

[root@1ll253 ~]# ip link add type veth[root@1ll253 ~]# ip link16: veth0@veth1: mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether ba:fa:d6:14:e1:32 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

17: veth1@veth0: mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether a2:ef:d9:a5:96:51 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

18: veth2@veth3: mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether a2:5b:e7:9e:b1:55 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

19: veth3@veth2: mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether 92:91:67:ab:69:ac brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

20: veth4@veth5: mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether 8a:c8:35:f6:11:3f brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

21: veth5@veth4: mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether 2a:b7:82:d4:49:d5 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

3、創(chuàng)建網(wǎng)橋

// 創(chuàng)建名為 docker0 的網(wǎng)橋

[root@1ll253 ~]# ip link add docker0 type bridge

//啟動(dòng) docker0 網(wǎng)橋

[root@1ll253 ~]# ip link set dev docker0 up

//為docker0網(wǎng)橋配置IP

[root@1ll253 ~]# ifconfig docker0 172.17.0.1/16此時(shí)可以通過(guò)ifconfig命令查看：

4、綁定網(wǎng)口

Network Namespace、veth pair、bridge 都創(chuàng)建完畢，下面通過(guò)命令將每對(duì)veth pair的一端綁定在network namespace，另一端綁定在docker0網(wǎng)橋上，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互通

1)配置第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)命名空間 ns0

// 將veth1添加進(jìn)ns0

[root@1ll253 ~]# ip link set dev veth1 netns ns0//將veth1重命名為eth0

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 ip link set dev veth1 name eth0//為ns0中的eth0配置ip

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 ip addr add 172.17.0.101/16 dev eth0// 啟動(dòng)ns0中的eth0網(wǎng)卡

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 ip link set dev eth0 up// 將veth0添加加網(wǎng)橋docker0

[root@1ll253 ~]# ip link set dev veth0 master docker0// 啟動(dòng)veth0網(wǎng)卡

[root@1ll253 ~]# ip link set dev veth0 up2)配置第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)命名空間 ns1

[root@1ll253 ~]# ip link set dev veth3 netns ns1[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns1 ip link set dev veth3 name eth0[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns1 ip addr add 172.17.0.102/16 dev eth0[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns1 ip link set dev eth0 up[root@1ll253 ~]# ip link set dev veth1 master docker0[root@1ll253 ~]# ip link set dev veth3 up3)配置第三個(gè)網(wǎng)絡(luò)命名空間 ns2

[root@1ll253 ~]# ip link set dev veth5 netns ns2[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns2 ip link set dev veth5 name eth0[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns2 ip addr add 172.17.0.103/16 dev eth0[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns1 ip link set dev eth0 up[root@1ll253 ~]# ip link set dev veth5 master docker0[root@1ll253 ~]# ip link set dev veth5 up5、

和網(wǎng)橋有關(guān)的操作還可以使用brctl，這個(gè)命令來(lái)自 bridge-utils安裝包。這里使用brctl show來(lái)查詢網(wǎng)橋docker0下綁定的網(wǎng)卡。

6、驗(yàn)證多個(gè)namespace之間的通信

// 進(jìn)入ns0 bash終端

[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 /bin/bash --rcfile <(echo "PS1=\"ns0> \"")

// ping 網(wǎng)橋docker0

ns0> ping -c 1 172.17.0.1PING 172.17.0.1 (172.17.0.1) 56(84) bytes of data.

64 bytes from 172.17.0.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.033 ms...

// ping ns1上的eth0網(wǎng)卡

ns0> ping -c 1 172.17.0.102

PING 172.17.0.102 (172.17.0.102) 56(84) bytes of data.

64 bytes from 172.17.0.102: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.049 ms...

// ping ns2上的eth0網(wǎng)卡ns0>