淺談Linux虛擬網(wǎng)絡技術
在Linux虛擬化技術中，網(wǎng)絡級別上最重要的三項技術是網(wǎng)絡名稱空間、線對和Veth橋接器或虛擬交換機技術。 今天，我們將指導您學習Linux網(wǎng)絡虛擬化技術。
我們首先了解下Network Namespace，它是由Linux內(nèi)核提供，是實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬化的重要功能。通過創(chuàng)建多個隔離的網(wǎng)絡空間，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的隔離。
不同的Network Namespace的資源互相不可見，彼此之間無法通信。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命令來完成各種操作。ip命令來自于iproute2安裝包，一般系統(tǒng)默認安裝，如果沒有的話，讀者可自行安裝。
ip命令管理的功能很多，和Network Namespace有關的操作都在其子命令ip netns下進行的，可以通過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 ip netns add 命令創(chuàng)建一個名為ns0的網(wǎng)絡命名空間：
[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，只要在這個目錄下創(chuàng)建一個指向對應 network namespace 文件的鏈接即可。
操作Network Namespace
對于每個 Network Namespace 來說，它會有自己獨立的網(wǎng)卡、路由表、ARP 表、iptables 等和網(wǎng)絡相關的資源。ip命令提供了ip netns exec命令可以在對應的 Network Namespace 中執(zhí)行命令。
1、查看網(wǎng)絡命名空間 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 namespace 在創(chuàng)建時會自動創(chuàng)建一個回環(huán)接口lo，默認不啟用。它的作用和Linux系統(tǒng)中默認看到的lo一樣，都是為了實現(xiàn)loopback通信，如果希望lo口能工作，可以通過下面的步驟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:
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
會發(fā)現(xiàn)此時回環(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 中打開一個shell終端
[root@1ll253 ~]# ip netns exec ns0 /bin/bash[root@1ll253 ~]# ip addr1: lo:
[root@1ll253 ~]# exitexit
通過執(zhí)行ip netns exec ns0 /bin/bash進入ns0的shell終端，后面所有的命令都在這個Network Namespace中執(zhí)行，好處是不用每次執(zhí)行命令時都要帶上ip netns exec ，缺點是我們無法清楚知道自己當前所在的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
默認情況下，network namespace 是不能和主機網(wǎng)絡，或者其他 network namespace 通信的。
可以使用 Linux 提供的veth pair來完成通信，veth pair你可以理解為使用網(wǎng)線連接好的兩個接口，把兩個端口放到兩個namespace中，那么這兩個namespace就能打通。
接下來我們通過實驗進行驗證：
1、創(chuàng)建veth pair
[root@1ll253 ~]# ip link add type veth
[root@1ll253 ~]# ip link14: veth0@veth1:
link/ether 06:17:62:85:64:fc brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
15: veth1@veth0:
link/ether fe:9a:48:e4:a3:99 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
[root@1ll253 ~]#
可以看到，此時系統(tǒng)中新增了一對veth pair：veth0和veth1，需要記住的是veth pair無法單獨存在，刪除其中一個，另一個也會自動消失。
如果需要指定veth pair兩個端點的名稱，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:
link/ether aa:3e:04:da:a7:69 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
13: veth001@veth002:
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)建了一個名為ns0的Network Namespace，下面再創(chuàng)建一個名稱為ns1的網(wǎng)絡命名空間。
[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veth pair的狀態(tài)
6、驗證兩個Network Namespace之間的互通
可以看到，veth pair成功實現(xiàn)了兩個不同Network Namespace之間的網(wǎng)絡交互。
網(wǎng)橋
雖然veth pair可以實現(xiàn)兩個 Network Namespace 之間的通信，但 veth pair 有一個明顯的缺陷，就是只能實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡接口之間的通信。如果多個network namespace需要進行通信，則需要借助bridge。
下面我們通過實驗來進行講解：
準備步驟：還原網(wǎng)絡環(huán)境
為方便接下來的實驗，我們把剛剛創(chuàng)建的Network Namespace及veth pair刪除，保證純凈的網(wǎng)絡環(huán)境。
[root@1ll253 ~]# ip netns delete ns0[root@1ll253 ~]# ip netns delete ns11、創(chuàng)建3個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veth pair
[root@1ll253 ~]# ip link add type veth[root@1ll253 ~]# ip link16:
veth0@veth1:
link/ether ba:fa:d6:14:e1:32 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
17: veth1@veth0:
link/ether a2:ef:d9:a5:96:51 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
18: veth2@veth3:
link/ether a2:5b:e7:9e:b1:55 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
19: veth3@veth2:
link/ether 92:91:67:ab:69:ac brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
20: veth4@veth5:
link/ether 8a:c8:35:f6:11:3f brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
21: veth5@veth4:
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 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此時可以通過ifconfig命令查看：
4、綁定網(wǎng)口
Network Namespace、veth pair、bridge 都創(chuàng)建完畢，下面通過命令將每對veth pair的一端綁定在network namespace，另一端綁定在docker0網(wǎng)橋上，用于實現(xiàn)網(wǎng)絡互通
1)配置第一個網(wǎng)絡命名空間 ns0
// 將veth1添加進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veth0網(wǎng)卡
[root@1ll253 ~]# ip link set dev veth0 up2)配置第二個網(wǎng)絡命名空間 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)配置第三個網(wǎng)絡命名空間 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)橋有關的操作還可以使用brctl，這個命令來自 bridge-utils安裝包。這里使用brctl show來查詢網(wǎng)橋docker0下綁定的網(wǎng)卡。
6、驗證多個namespace之間的通信
// 進入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>
ping -c 1 172.17.0.103PING 172.17.0.103 (172.17.0.103) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.17.0.103: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.038 ms
...
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