詳解：linux網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)

作者：Android高級(jí)架構(gòu)師 2019-05-13 16:37:35
云計(jì)算
虛擬化 Linux的網(wǎng)絡(luò)虛擬化是LXC項(xiàng)目中的一個(gè)子項(xiàng)目，LXC包括文件系統(tǒng)虛擬化，進(jìn)程空間虛擬化，用戶虛擬化，網(wǎng)絡(luò)虛擬化，等等，這里使用LXC的網(wǎng)絡(luò)虛擬化來模擬多個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

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 Linux的網(wǎng)絡(luò)虛擬化是LXC項(xiàng)目中的一個(gè)子項(xiàng)目，LXC包括文件系統(tǒng)虛擬化，進(jìn)程空間虛擬化，用戶虛擬化，網(wǎng)絡(luò)虛擬化，等等，這里使用LXC的網(wǎng)絡(luò)虛擬化來模擬多個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

本文從基本的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備講起，到具體實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，希望能對(duì) Linux 本身的虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有一個(gè)宏觀的了解。

TUN 設(shè)備

TUN 設(shè)備是一種虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過此設(shè)備，程序可以方便得模擬網(wǎng)絡(luò)行為。先來看看物理設(shè)備是如何工作的：

所有物理網(wǎng)卡收到的包會(huì)交給內(nèi)核的 Network Stack 處理，然后通過 Socket API 通知給用戶程序。下面看看 TUN 的工作方式：

普通的網(wǎng)卡通過網(wǎng)線收發(fā)數(shù)據(jù)包，但是 TUN 設(shè)備通過一個(gè)文件收發(fā)數(shù)據(jù)包。所有對(duì)這個(gè)文件的寫操作會(huì)通過 TUN 設(shè)備轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)據(jù)包送給內(nèi)核;當(dāng)內(nèi)核發(fā)送一個(gè)包給 TUN 設(shè)備時(shí)，通過讀這個(gè)文件可以拿到包的內(nèi)容。

數(shù)據(jù)包會(huì)通過內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)棧兩次。但是經(jīng)過 App 的處理后，數(shù)據(jù)包可能已經(jīng)加密，并且原有的 ip 頭被封裝在 udp 內(nèi)部，所以第二次通過網(wǎng)絡(luò)棧內(nèi)核看到的是截然不同的網(wǎng)絡(luò)包。

TAP 設(shè)備

TAP 設(shè)備與 TUN 設(shè)備工作方式完全相同，區(qū)別在于：

TUN 設(shè)備的 /dev/tunX 文件收發(fā)的是 IP 層數(shù)據(jù)包，只能工作在 IP 層，無法與物理網(wǎng)卡做 bridge，但是可以通過三層交換(如 ip_forward)與物理網(wǎng)卡連通。

TAP 設(shè)備的 /dev/tapX 文件收發(fā)的是 MAC 層數(shù)據(jù)包，擁有 MAC 層功能，可以與物理網(wǎng)卡做 bridge，支持 MAC 層廣播

MACVLAN

有時(shí)我們可能需要一塊物理網(wǎng)卡綁定多個(gè) IP 以及多個(gè) MAC 地址，雖然綁定多個(gè) IP 很容易，但是這些 IP 會(huì)共享物理網(wǎng)卡的 MAC 地址，可能無法滿足我們的設(shè)計(jì)需求，所以有了 MACVLAN 設(shè)備，其工作方式如下：

MACVLAN 會(huì)根據(jù)收到包的目的 MAC 地址判斷這個(gè)包需要交給哪個(gè)虛擬網(wǎng)卡。單獨(dú)使用 MACVLAN 好像毫無意義，但是配合之前介紹的 network namespace 使用，我們可以構(gòu)建這樣的網(wǎng)絡(luò)：

由于 macvlan 與 eth0 處于不同的 namespace，擁有不同的 network stack，這樣使用可以不需要建立 bridge 在 virtual namespace 里面使用網(wǎng)絡(luò)。

MACVTAP

MACVTAP 是對(duì) MACVLAN的改進(jìn)，把 MACVLAN 與 TAP 設(shè)備的特點(diǎn)綜合一下，使用 MACVLAN 的方式收發(fā)數(shù)據(jù)包，但是收到的包不交給 network stack 處理，而是生成一個(gè) /dev/tapX 文件，交給這個(gè)文件：

由于 MACVLAN 是工作在 MAC 層的，所以 MACVTAP 也只能工作在 MAC 層，不會(huì)有 MACVTUN 這樣的設(shè)備。

創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

使用命令

  
 
 
 

   
  
  
  
$ ip netns add net0 
  
 
 
 

可以創(chuàng)建一個(gè)完全隔離的新網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這個(gè)環(huán)境包括一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)卡空間，路由表，ARP表，ip地址表，iptables，ebtables，等等?？傊?，與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的組件都是獨(dú)立的。

使用命令

  
 
 
 

   
  
  
  
$ ip netns listnet0 
  
 
 
 

可以看到我們剛才創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

進(jìn)入虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

使用命令

  
 
 
 

   
  
  
  
$ ip netns exec net0  
   
  
  
  
`command` 
  
 
 
 

我們可以在 net0 虛擬環(huán)境中運(yùn)行任何命令

這樣我們可以在新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中打開一個(gè)shell，可以看到，新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里面只有一個(gè)lo設(shè)備，并且這個(gè)lo設(shè)備與外面的lo設(shè)備是不同的，之間不能互相通訊。

連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里面沒有任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并且也無法和外部通訊，就是一個(gè)孤島，通過下面介紹的這個(gè)方法可以把兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境連起來，簡(jiǎn)單的說，就是在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之間拉一根網(wǎng)線。

  
 
 
 

   
  
  
  
$ ip netns add net1 
  
 
 
 

先創(chuàng)建另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境net1，我們的目標(biāo)是把net0與net1連起來。

這里創(chuàng)建連一對(duì)veth虛擬網(wǎng)卡，類似pipe，發(fā)給veth0的數(shù)據(jù)包veth1那邊會(huì)收到，發(fā)給veth1的數(shù)據(jù)包veth0會(huì)收到。就相當(dāng)于給機(jī)器安裝了兩個(gè)網(wǎng)卡，并且之間用網(wǎng)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(dòng)到net0環(huán)境里面，把veth1移動(dòng)到net1環(huán)境里面，我們看看結(jié)果。

veth0 veth1已經(jīng)在我們的環(huán)境里面消失了，并且分別出現(xiàn)在net0與net1里面。下面我們簡(jiǎn)單測(cè)試一下net0與net1的聯(lián)通性。

分別配置好兩個(gè)設(shè)備，然后用ping測(cè)試一下聯(lián)通性：

一個(gè)稍微復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境并且連接網(wǎng)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(chuàng)建并且設(shè)置br設(shè)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(gè)虛擬環(huán)境的網(wǎng)卡:

測(cè)試:

OK，以上便是今天的內(nèi)容。

NDK基礎(chǔ)開發(fā)流程—Linux流程大綱

本文標(biāo)題：詳解：Linux網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)
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