网络虚拟化技术(一): Linux网络虚拟化

2018-12-11

01 March 2013

笔者现在在做云计算的网络设计，涉及到上百台服务器与交换机，在实测前必须进行原型测试，但是我只有一个工作用开发机，本文介绍一种方法，使用这一台机器模拟数十台服务器以及路由器的网络环境。

Linux的网络虚拟化是LXC项目中的一个子项目，LXC包括文件系统虚拟化，进程空间虚拟化，用户虚拟化，网络虚拟化，等等 [1]，这里使用LXC的网络虚拟化来模拟多个网络环境。

创建虚拟网络环境

使用命令

$ ip netns add net0

可以创建一个完全隔离的新网络环境，这个环境包括一个独立的网卡空间，路由表，ARP表，ip地址表，iptables，ebtables，等等。总之，与网络有关的组件都是独立的。

ip命令需要root权限的，但是由于本文大量使用ip命令，于是笔者给ip命令添加了capability，使普通用户也能使用ip命令

使用命令

$ ip netns listnet0

可以看到我们刚才创建的网络环境

进入虚拟网络环境

使用命令

$ ip netns exec net0 `command`

我们可以在 net0 虚拟环境中运行任何命令

$ 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

这样我们可以在新的网络环境中打开一个shell，可以看到，新的网络环境里面只有一个lo设备，并且这个lo设备与外面的lo设备是不同的，之间不能互相通讯。

连接两个网络环境

新的网络环境里面没有任何网络设备，并且也无法和外部通讯，就是一个孤岛，通过下面介绍的这个方法可以把两个网络环境连起来，简单的说，就是在两个网络环境之间拉一根网线

$ ip netns add net1

先创建另一个网络环境net1，我们的目标是把net0与net1连起来

$ 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

这里创建连一对veth虚拟网卡，类似pipe，发给veth0的数据包veth1那边会收到，发给veth1的数据包veth0会收到。就相当于给机器安装了两个网卡，并且之间用网线连接起来了

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

这两条命令的意思就是把veth0移动到net0环境里面，把veth1移动到net1环境里面，我们看看结果

$ 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已经在我们的环境里面消失了，并且分别出现在net0与net1里面。下面我们简单测试一下net0与net1的联通性

$ 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

分别配置好两个设备，然后用ping测试一下联通性：

$ 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

一个稍微复杂的网络环境

创建虚拟网络环境并且连接网线

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中创建并且设置br设备

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

然后配置两个虚拟环境的网卡

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

测试

$ 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检查线路链接情况

随着虚拟网络环境增加，环境中网卡数量也在不断增加，经常会忘记环境中哪些网卡连接到哪里，通过 lldp [2] 协议，我们可以清楚看到每个网卡连接到了哪些环境中的哪个网卡。

github 上有一个 lldp 在 linux 下的开源实现 [3]，通过在每个环境中起一个 lldp daemon，我们就可以实时查看每个网卡的连接情况

Bridge 上 lldp 的数据