網絡虛擬化技術(一): Linux網絡虛擬化

2018-12-11

01 March 2013

筆者現在在做云計算的網絡設計，涉及到上百臺服務器與交換機，在實測前必須進行原型測試，但是我只有一個工作用開發機，本文介紹一種方法，使用這一臺機器模擬數十臺服務器以及路由器的網絡環境。

Linux的網絡虛擬化是LXC項目中的一個子項目，LXC包括文件系統虛擬化，進程空間虛擬化，用戶虛擬化，網絡虛擬化，等等 [1]，這里使用LXC的網絡虛擬化來模擬多個網絡環境。

創建虛擬網絡環境

使用命令

$ ip netns add net0

可以創建一個完全隔離的新網絡環境，這個環境包括一個獨立的網卡空間，路由表，ARP表，ip地址表，iptables，ebtables，等等。總之，與網絡有關的組件都是獨立的。

ip命令需要root權限的，但是由于本文大量使用ip命令，于是筆者給ip命令添加了capability，使普通用戶也能使用ip命令

使用命令

$ ip netns listnet0

可以看到我們剛才創建的網絡環境

進入虛擬網絡環境

使用命令

$ ip netns exec net0 `command`

我們可以在 net0 虛擬環境中運行任何命令

$ ip netns exec net0 bash$ ip ad1: lo: mtu 65536 qdisc noop state DOWN link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

這樣我們可以在新的網絡環境中打開一個shell，可以看到，新的網絡環境里面只有一個lo設備，并且這個lo設備與外面的lo設備是不同的，之間不能互相通訊。

連接兩個網絡環境

新的網絡環境里面沒有任何網絡設備，并且也無法和外部通訊，就是一個孤島，通過下面介紹的這個方法可以把兩個網絡環境連起來，簡單的說，就是在兩個網絡環境之間拉一根網線

$ ip netns add net1

先創建另一個網絡環境net1，我們的目標是把net0與net1連起來

$ ip link add type veth$ ip ad1: lo: mtu 65536 qdisc noop state DOWN link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:0081: veth0: mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000 link/ether 12:39:09:81:3a:dd brd ff:ff:ff:ff:ff:ff82: veth1: mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000 link/ether 32:4f:fd:cc:79:1b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

這里創建連一對veth虛擬網卡，類似pipe，發給veth0的數據包veth1那邊會收到，發給veth1的數據包veth0會收到。就相當于給機器安裝了兩個網卡，并且之間用網線連接起來了

$ ip link set veth0 netns net0$ ip link set veth1 netns net1

這兩條命令的意思就是把veth0移動到net0環境里面，把veth1移動到net1環境里面，我們看看結果

$ ip ad1: lo: mtu 65536 qdisc noop state DOWN link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00$ ip netns exec net0 ip ad1: lo: mtu 65536 qdisc noop state DOWN link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:0081: veth0: mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000 link/ether 12:39:09:81:3a:dd brd ff:ff:ff:ff:ff:ff$ ip netns exec net1 ip ad1: lo: mtu 65536 qdisc noop state DOWN link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:0082: veth1: mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000 link/ether 32:4f:fd:cc:79:1b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

veth0 veth1已經在我們的環境里面消失了，并且分別出現在net0與net1里面。下面我們簡單測試一下net0與net1的聯通性

$ ip netns exec net0 ip link set veth0 up$ ip netns exec net0 ip address add 10.0.1.1/24 dev veth0$ ip netns exec net1 ip link set veth1 up$ ip netns exec net1 ip address add 10.0.1.2/24 dev veth1

分別配置好兩個設備，然后用ping測試一下聯通性：

$ ip netns exec net0 ping -c 3 10.0.1.2PING 10.0.1.2 (10.0.1.2) 56(84) bytes of data.64 bytes from 10.0.1.2: icmp_req=1 ttl=64 time=0.101 ms64 bytes from 10.0.1.2: icmp_req=2 ttl=64 time=0.057 ms64 bytes from 10.0.1.2: icmp_req=3 ttl=64 time=0.048 ms--- 10.0.1.2 ping statistics ---3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 1999msrtt min/avg/max/mdev = 0.048/0.068/0.101/0.025 ms

一個稍微復雜的網絡環境

創建虛擬網絡環境并且連接網線

ip netns add net0ip netns add net1ip netns add bridgeip link add type vethip link set dev veth0 name net0-bridge netns net0ip link set dev veth1 name bridge-net0 netns bridgeip link add type vethip link set dev veth0 name net1-bridge netns net1ip link set dev veth1 name bridge-net1 netns bridge

在bridge中創建并且設置br設備

ip netns exec bridge brctl addbr brip netns exec bridge ip link set dev br upip netns exec bridge ip link set dev bridge-net0 upip netns exec bridge ip link set dev bridge-net1 upip netns exec bridge brctl addif br bridge-net0ip netns exec bridge brctl addif br bridge-net1

然后配置兩個虛擬環境的網卡

ip netns exec net0 ip link set dev net0-bridge upip netns exec net0 ip address add 10.0.1.1/24 dev net0-bridge

ip netns exec net1 ip link set dev net1-bridge upip netns exec net1 ip address add 10.0.1.2/24 dev net1-bridge

測試

$ ip netns exec net0 ping -c 3 10.0.1.2PING 10.0.1.2 (10.0.1.2) 56(84) bytes of data.64 bytes from 10.0.1.2: icmp_req=1 ttl=64 time=0.121 ms64 bytes from 10.0.1.2: icmp_req=2 ttl=64 time=0.072 ms64 bytes from 10.0.1.2: icmp_req=3 ttl=64 time=0.069 ms--- 10.0.1.2 ping statistics ---3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 1999msrtt min/avg/max/mdev = 0.069/0.087/0.121/0.025 ms

配置lldpd檢查線路鏈接情況

隨著虛擬網絡環境增加，環境中網卡數量也在不斷增加，經常會忘記環境中哪些網卡連接到哪里，通過 lldp [2] 協議，我們可以清楚看到每個網卡連接到了哪些環境中的哪個網卡。

github 上有一個 lldp 在 linux 下的開源實現 [3]，通過在每個環境中起一個 lldp daemon，我們就可以實時查看每個網卡的連接情況

Bridge 上 lldp 的數據

總結

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