Linux虚拟网络技术学习
一个执着于技术的公众号
地方
背景
在Linux虚拟化技术中，网络层面，通常重要的三个技术分别是Network Namespace、veth pair、以及网桥或虚拟交换机技术。今天就通过实验带大家一起学习下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：
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 help
Usage: 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 ns0
2、查询命名空间
[root@1ll253 ~]# ip netns list
ns0
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子命令可以在对应的 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 addr
1: lo: <LOOPBACK> 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 addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> 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 addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> 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 ~]# exit
exit
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 link
14: veth0@veth1: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> 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: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> 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 link
12: veth002@veth001: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> 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: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> 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 list
ns1
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 ns1
4、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 up
2）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 up
5、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：
0、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 ns1
1、创建3个Network Namespace
[root@1ll253 ~]# ip netns add ns0
[root@1ll253 ~]# ip netns add ns1
[root@1ll253 ~]# ip netns add ns2
2、创建3对veth pair
[root@1ll253 ~]# ip link add type veth
[root@1ll253 ~]# ip link
16: veth0@veth1: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> 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: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> 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: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> 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: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> 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: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> 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: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> 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 up
2）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 up
2）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 up
5、查看绑定端口
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 1 172.17.0.1
PING 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 1 172.17.0.103
PING 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
...
结语
如果您看完本文后有所收获， 还希望您随手点个在看 、或者分享转发。您的支持是我坚持分享的最大动力！
往期精彩
好文和朋友一起看~
Linux虚拟网络技术学习的更多相关文章
- Linux虚拟网络：Docker网络知识之基础篇
我们在工作中应用了docker容器化技术,服务的部署.维护和扩展都方便了很多.然而,近期在私有化部署过程中,由于不同服务器环境的复杂多变,常常遇到网络方面的问题,现象为容器服务运行正常,但宿主机.容器 ...
- 亲爱的，我是一条Linux运维技术学习路径呀。
根据我的经验,人在年轻时,最头疼的一件事就是决定自己这一生要做什么.在这方面,我倒没有什么具体的建议:干什么都可以,但最好不要写小说,这是和我抢饭碗.总而言之,干什么都是好的:但要干出个样子来,这才是 ...
- Linux C++ 网络编程学习系列（1）——端口复用实现
Linux C++ 网络编程学习系列(1)--端口复用实现 源码地址:https://github.com/whuwzp/linuxc/tree/master/portreuse 源码说明: serv ...
- 网络虚拟化之linux虚拟网络基础
1 linux虚拟网络基础 1.1 Device 在linux里面devic(设备)与传统网络概念里的物理设备(如交换机.路由器)不同,Linux所说的设备,其背后指的是一个类似于数据结构.内核模块或 ...
- Linux C网络编程学习笔记
Linux C网络编程总结报告 一.Linux C 网络编程知识介绍: 网络程序和普通的程序有一个最大的区别是网络程序是由两个部分组成的--客户端和服务器端. 客户端:(client) 在网络程序中, ...
- 【转】Linux虚拟网络基础——tap
原文:https://blog.csdn.net/chengqiuming/article/details/80071073 ------------------------------------- ...
- HCNA网络技术学习指南
网络通信基础 网络与通信 OSI模型和TCP/IP模型 网络类型 传输介质及通信方式 2 VRP基础 VRP简介 VRP命令行 登录设备 基本配置 配置文件管理 通过Telnet登录设备 文件管理 基 ...
- Linux下网络编程学习杂记
1.TCP/IP协议的体系结构包含四层:应用层(负责应用程序的网络服务,通过端口号识别各个不同的进程)->传输层(传输控制层协议TCP.用户数据报协议UDP.互联网控制消息协议ICMP)-> ...
- linux下网络编程学习——入门实例ZZ
http://www.cppblog.com/cuijixin/archive/2008/03/14/44480.html 是不是还对用c怎么实现网络编程感到神秘莫测阿,我们这里就要撕开它神秘的面纱, ...
随机推荐
- Java Output流写入包装问题
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream(); OutputStreamWriter output ...
- Java 中 interrupted 和 isInterrupted 方法的区别？
interrupt interrupt 方法用于中断线程.调用该方法的线程的状态为将被置为"中断"状态. 注意:线程中断仅仅是置线程的中断状态位,不会停止线程.需要用户自己去监 视 ...
- tcp粘包问题原因及解决办法
1.粘包概念及产生原因 1.1粘包概念: TCP粘包是指发送方发送的若干包数据到接收方接收时粘成一包,从接收缓冲区看,后一包数据的头紧接着前一包数据的尾. 粘包可能由发送方造成,也可能由接收方造成. ...
- java-网络通信--socket实现多人聊天（基于命令行）
先编写最简答的服务器 思路 1编写一个实现Runnable接口的静态内部类 ServerC,便于区分每个客户端 1.1 获取客户端数据函数 public String remsg() 1.2 转发消息 ...
- Python中查看变量的类型，内存地址，所占字节的大小
查看变量的类型 #利用内置type()函数 >>> nfc=["Packers","49"] >>> afc=[" ...
- web开发者踏入人工智能的利器_Tensorflow.js
前言 最近公司向员工搜集公司杂志的文章,刚好最近学习了机器学习相关课程.为了赚取购买课程的费用,所以写了如下文章投稿赚取稿费. 如下文章可能涉及一些我所购买课程的内容,所以不便将所有资源进行展示. 当 ...
- 单例设计模式（Singleton）
一.单例设计模式介绍 所谓类的单例设计模式,就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中,对某个类只能存在一个对象实例, 并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法) 例如:Hibernate的Se ...
- js判断时间格式不能超过30天
let first = this.data.date //开始时间 let second = e.detail.value //结束时间 var data1 = Date.parse(first.re ...
- Spring4Shell的漏洞原理分析
Spring框架最新的PoC 这两天出来的一个RCE漏洞,但是有以下的条件限制才行: 必须是jdk9及以上 必须是部署在tomcat的应用 是springmvc的或者webflux的应用 具体的可以查 ...
- Java 值传递 or 引用传递？
Java 方法传参 值传递 or 引用传递? 结论:Java采用的是值传递 先建立一些基础的概念 什么是值传递和引用传递? 值传递(pass by value):是指在调用函数时将实际参数复制一份传递 ...