Linux虚拟网络技术的资料讲解
在linux虚拟化技术中，网络级别上最重要的三项技术是网络名称空间、线对和veth桥接器或虚拟交换机技术。 今天，我们将指导您学习linux网络虚拟化技术。
我们首先了解下network namespace，它是由linux内核提供，是实现网络虚拟化的重要功能。通过创建多个隔离的网络空间，实现网络资源的隔离。
不同的network namespace的资源互相不可见，彼此之间无法通信。如下图所示：
network namespace
ip netns命令
network namespace是linux内核提供的功能，本文借助ip命令来完成各种操作。ip命令来自于iproute2安装包，一般系统默认安装，如果没有的话，读者可自行安装。
ip命令管理的功能很多，和network namespace有关的操作都在其子命令ip netns下进行的，可以通过ip netns help查询命令帮助信息
［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
创建network namespace
1、通过 ip netns add 命令创建一个名为ns0的网络命名空间：
［root@1ll253 ~］# ip netns add ns02、查询命名空间
［root@1ll253 ~］# ip netns listns0
3、命名空间所在目录
［root@1ll253 ~］# ls /var/run/netns/ns0
注意：新创建的 network namespace 会出现在/var/run/netns/目录下。如果需要管理其他不是 ip netns 创建的 network namespace，只要在这个目录下创建一个指向对应 network namespace 文件的链接即可。
操作network namespace
对于每个 network namespace 来说，它会有自己独立的网卡、路由表、arp 表、iptables 等和网络相关的资源。ip命令提供了ip netns exec命令可以在对应的 network namespace 中执行命令。
1、查看网络命名空间 ns0 的网卡信息
［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
每个 namespace 在创建时会自动创建一个回环接口lo，默认不启用。它的作用和linux系统中默认看到的lo一样，都是为了实现loopback通信，如果希望lo口能工作，可以通过下面的步骤2启用它。
2、启用lo回环网卡：
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 ip link set lo up再次检查回环网卡状态：
［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
会发现此时回环口卡处于up状态，并且系统分配127.0.0.1/8的ip地址。
3、在 ns0 中打开一个shell终端
［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
通过执行ip netns exec ns0 /bin/bash进入ns0的shell终端，后面所有的命令都在这个network namespace中执行，好处是不用每次执行命令时都要带上ip netns exec ，缺点是我们无法清楚知道自己当前所在的shell，容易混淆。
可以采用下面的方法解决：
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 /bin/bash --rcfile 《（echo “ps1=”ns0》 “”）ns0》
network namespace 之间的通信
默认情况下，network namespace 是不能和主机网络，或者其他 network namespace 通信的。
可以使用 linux 提供的veth pair来完成通信，veth pair你可以理解为使用网线连接好的两个接口，把两个端口放到两个namespace中，那么这两个namespace就能打通。
接下来我们通过实验进行验证：
1、创建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，此时系统中新增了一对veth pair：veth0和veth1，需要记住的是veth pair无法单独存在，删除其中一个，另一个也会自动消失。
如果需要指定veth pair两个端点的名称，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、创建network namespace
我们已创建了一个名为ns0的network namespace，下面再创建一个名称为ns1的网络命名空间。
［root@1ll253 ~］# ip netns add ns1［root@1ll253 ~］# ip netns listns1
ns0
3、把veth pair分别加入到这两个namespace中
将veth0加入到ns0，将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、分别为这对veth pair配置上ip地址，并启用
1）为veth0配置ip，并启用该虚拟网卡
［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）为veth1配置ip，并启用该虚拟网卡
［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、查看这对veth pair的状态
6、验证两个network namespace之间的互通
可以看到，veth pair成功实现了两个不同network namespace之间的网络交互。
网桥
虽然veth pair可以实现两个 network namespace 之间的通信，但 veth pair 有一个明显的缺陷，就是只能实现两个网络接口之间的通信。如果多个network namespace需要进行通信，则需要借助bridge。
下面我们通过实验来进行讲解：
准备步骤：还原网络环境
为方便接下来的实验，我们把刚刚创建的network namespace及veth pair删除，保证纯净的网络环境。
［root@1ll253 ~］# ip netns delete ns0［root@1ll253 ~］# ip netns delete ns11、创建3个network namespace
［root@1ll253 ~］# ip netns add ns0［root@1ll253 ~］# ip netns add ns1［root@1ll253 ~］# ip netns add ns22、创建3对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、创建网桥
// 创建名为 docker0 的网桥
［root@1ll253 ~］# ip link add docker0 type bridge
//启动 docker0 网桥
［root@1ll253 ~］# ip link set dev docker0 up
//为docker0网桥配置ip
［root@1ll253 ~］# ifconfig docker0 172.17.0.1/16此时可以通过ifconfig命令查看：
4、绑定网口
network namespace、veth pair、bridge 都创建完毕，下面通过命令将每对veth pair的一端绑定在network namespace，另一端绑定在docker0网桥上，用于实现网络互通
1）配置第一个网络命名空间 ns0
// 将veth1添加进ns0
［root@1ll253 ~］# ip link set dev veth1 netns ns0//将veth1重命名为eth0
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 ip link set dev veth1 name eth0//为ns0中的eth0配置ip
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 ip addr add 172.17.0.101/16 dev eth0// 启动ns0中的eth0网卡
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 ip link set dev eth0 up// 将veth0添加加网桥docker0
［root@1ll253 ~］# ip link set dev veth0 master docker0// 启动veth0网卡
［root@1ll253 ~］# ip link set dev veth0 up2）配置第二个网络命名空间 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）配置第三个网络命名空间 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、
和网桥有关的操作还可以使用brctl，这个命令来自 bridge-utils安装包。这里使用brctl show来查询网桥docker0下绑定的网卡。
6、验证多个namespace之间的通信
// 进入ns0 bash终端
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 /bin/bash --rcfile 《（echo “ps1=”ns0》 “”）
// ping 网桥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网卡
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网卡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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我们首先了解下network namespace，它是由linux内核提供，是实现网络虚拟化的重要功能。通过创建多个隔离的网络空间，实现网络资源的隔离。
不同的network namespace的资源互相不可见，彼此之间无法通信。如下图所示：
network namespace
ip netns命令
network namespace是linux内核提供的功能，本文借助ip命令来完成各种操作。ip命令来自于iproute2安装包，一般系统默认安装，如果没有的话，读者可自行安装。
ip命令管理的功能很多，和network namespace有关的操作都在其子命令ip netns下进行的，可以通过ip netns help查询命令帮助信息
［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
创建network namespace
1、通过 ip netns add 命令创建一个名为ns0的网络命名空间：
［root@1ll253 ~］# ip netns add ns02、查询命名空间
［root@1ll253 ~］# ip netns listns0
3、命名空间所在目录
［root@1ll253 ~］# ls /var/run/netns/ns0
注意：新创建的 network namespace 会出现在/var/run/netns/目录下。如果需要管理其他不是 ip netns 创建的 network namespace，只要在这个目录下创建一个指向对应 network namespace 文件的链接即可。
操作network namespace
对于每个 network namespace 来说，它会有自己独立的网卡、路由表、arp 表、iptables 等和网络相关的资源。ip命令提供了ip netns exec命令可以在对应的 network namespace 中执行命令。
1、查看网络命名空间 ns0 的网卡信息
［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
每个 namespace 在创建时会自动创建一个回环接口lo，默认不启用。它的作用和linux系统中默认看到的lo一样，都是为了实现loopback通信，如果希望lo口能工作，可以通过下面的步骤2启用它。
2、启用lo回环网卡：
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 ip link set lo up再次检查回环网卡状态：
［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
会发现此时回环口卡处于up状态，并且系统分配127.0.0.1/8的ip地址。
3、在 ns0 中打开一个shell终端
［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
通过执行ip netns exec ns0 /bin/bash进入ns0的shell终端，后面所有的命令都在这个network namespace中执行，好处是不用每次执行命令时都要带上ip netns exec ，缺点是我们无法清楚知道自己当前所在的shell，容易混淆。
可以采用下面的方法解决：
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 /bin/bash --rcfile 《（echo “ps1=”ns0》 “”）ns0》
network namespace 之间的通信
默认情况下，network namespace 是不能和主机网络，或者其他 network namespace 通信的。
可以使用 linux 提供的veth pair来完成通信，veth pair你可以理解为使用网线连接好的两个接口，把两个端口放到两个namespace中，那么这两个namespace就能打通。
接下来我们通过实验进行验证：
1、创建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，此时系统中新增了一对veth pair：veth0和veth1，需要记住的是veth pair无法单独存在，删除其中一个，另一个也会自动消失。
如果需要指定veth pair两个端点的名称，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、创建network namespace
我们已创建了一个名为ns0的network namespace，下面再创建一个名称为ns1的网络命名空间。
［root@1ll253 ~］# ip netns add ns1［root@1ll253 ~］# ip netns listns1
ns0
3、把veth pair分别加入到这两个namespace中
将veth0加入到ns0，将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、分别为这对veth pair配置上ip地址，并启用
1）为veth0配置ip，并启用该虚拟网卡
［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）为veth1配置ip，并启用该虚拟网卡
［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、查看这对veth pair的状态
6、验证两个network namespace之间的互通
可以看到，veth pair成功实现了两个不同network namespace之间的网络交互。
网桥
虽然veth pair可以实现两个 network namespace 之间的通信，但 veth pair 有一个明显的缺陷，就是只能实现两个网络接口之间的通信。如果多个network namespace需要进行通信，则需要借助bridge。
下面我们通过实验来进行讲解：
准备步骤：还原网络环境
为方便接下来的实验，我们把刚刚创建的network namespace及veth pair删除，保证纯净的网络环境。
［root@1ll253 ~］# ip netns delete ns0［root@1ll253 ~］# ip netns delete ns11、创建3个network namespace
［root@1ll253 ~］# ip netns add ns0［root@1ll253 ~］# ip netns add ns1［root@1ll253 ~］# ip netns add ns22、创建3对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、创建网桥
// 创建名为 docker0 的网桥
［root@1ll253 ~］# ip link add docker0 type bridge
//启动 docker0 网桥
［root@1ll253 ~］# ip link set dev docker0 up
//为docker0网桥配置ip
［root@1ll253 ~］# ifconfig docker0 172.17.0.1/16此时可以通过ifconfig命令查看：
4、绑定网口
network namespace、veth pair、bridge 都创建完毕，下面通过命令将每对veth pair的一端绑定在network namespace，另一端绑定在docker0网桥上，用于实现网络互通
1）配置第一个网络命名空间 ns0
// 将veth1添加进ns0
［root@1ll253 ~］# ip link set dev veth1 netns ns0//将veth1重命名为eth0
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 ip link set dev veth1 name eth0//为ns0中的eth0配置ip
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 ip addr add 172.17.0.101/16 dev eth0// 启动ns0中的eth0网卡
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 ip link set dev eth0 up// 将veth0添加加网桥docker0
［root@1ll253 ~］# ip link set dev veth0 master docker0// 启动veth0网卡
［root@1ll253 ~］# ip link set dev veth0 up2）配置第二个网络命名空间 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）配置第三个网络命名空间 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、
和网桥有关的操作还可以使用brctl，这个命令来自 bridge-utils安装包。这里使用brctl show来查询网桥docker0下绑定的网卡。
6、验证多个namespace之间的通信
// 进入ns0 bash终端
［root@1ll253 ~］# ip netns exec ns0 /bin/bash --rcfile 《（echo “ps1=”ns0》 “”）
// ping 网桥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网卡
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网卡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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