一、Linux Bridge网桥管理

网络虚拟化是虚拟化技术中最复杂的部分,也是非常重要的资源。
第一节中我们创建了一个名为br0的linux-bridge网桥,如果在此网桥上新建一台vm,如下图:

VM2 的虚拟网卡 vnet1 也连接到了 br0 上。 现在 VM1 和 VM2 之间可以通信,同时 VM1 和 VM2 也都可以与外网通信。

查看网络状态:

用brctl show 显示当前网桥连接状态:

brctl命令:

二、Vlan介绍

LAN 表示 Local Area Network,本地局域网,通常使用 Hub 和 Switch 来连接 LAN 中的计算机。一般来说,两台计算机连入同一个 Hub 或者 Switch 时,它们就在同一个 LAN 中。

一个 LAN 表示一个广播域。 其含义是:LAN 中的所有成员都会收到任意一个成员发出的广播包。

VLAN 表示 Virtual LAN。一个带有 VLAN 功能的switch 能够将自己的端口划分出多个 LAN。计算机发出的广播包可以被同一个 LAN 中其他计算机收到,但位于其他 LAN 的计算机则无法收到。 简单地说,VLAN 将一个交换机分成了多个交换机,限制了广播的范围,在二层将计算机隔离到不同的 VLAN 中。

比方说,有两组机器,Group A 和 B,我们想配置成 Group A 中的机器可以相互访问,Group B 中的机器也可以相互访问,但是 A 和 B 中的机器无法互相访问。 一种方法是使用两个交换机,A 和 B 分别接到一个交换机。 另一种方法是使用一个带 VLAN 功能的交换机,将 A 和 B 的机器分别放到不同的 VLAN 中。

VLAN 的隔离是二层上的隔离,A 和 B 无法相互访问指的是二层广播包(比如 arp)无法跨越 VLAN 的边界。但在三层上(比如IP)是可以通过路由器让 A 和 B 互通的。

现在的交换机几乎都是支持 VLAN 的。 通常交换机的端口有两种配置模式: Access 和 Trunk。如下图

Access 口
这些端口被打上了 VLAN 的标签,表明该端口属于哪个 VLAN。 不同 VLAN 用 VLAN ID 来区分,VLAN ID 的 范围是 1-4096。 Access 口都是直接与计算机网卡相连的,这样从该网卡出来的数据包流入 Access 口后就被打上了所在 VLAN 的标签。 Access 口只能属于一个 VLAN。

Trunk 口
假设有两个交换机 A 和 B。 A 上有 VLAN1(红)、VLAN2(黄)、VLAN3(蓝);B 上也有 VLAN1、2、3,那如何让 AB 上相同 VLAN 之间能够通信呢?

办法是将 A 和 B 连起来,而且连接 A 和 B 的端口要允许 VLAN1、2、3 三个 VLAN 的数据都能够通过。这样的端口就是Trunk口了。 VLAN1, 2, 3 的数据包在通过 Trunk 口到达对方交换机的过程中始终带着自己的 VLAN 标签。

三、Linux Bridge实现Vlan原理

KVM 虚拟化环境下实现 VLAN 架构,如下图

eth0 是宿主机上的物理网卡,有一个命名为 eth0.10 的子设备与之相连。 eth0.10 就是 VLAN 设备了,其 VLAN ID 就是 VLAN 10。 eth0.10 挂在命名为 brvlan10 的 Linux Bridge 上,虚机 VM1 的虚拟网卡 vent0 也挂在 brvlan10 上。

这样的配置其效果就是: 宿主机用软件实现了一个交换机(当然是虚拟的),上面定义了一个 VLAN10。 eth0.10,brvlan10 和 vnet0 都分别接到 VLAN10 的 Access口上。而 eth0 就是一个 Trunk 口。VM1 通过 vnet0 发出来的数据包会被打上 VLAN10 的标签。

eth0.10 的作用是:定义了 VLAN10
brvlan10 的作用是:Bridge 上的其他网络设备自动加入到 VLAN10 中

增加一个 VLAN20,如下图

这样虚拟交换机就有两个 VLAN 了,VM1 和 VM2 分别属于 VLAN10 和 VLAN20。

对于新创建的虚机,只需要将其虚拟网卡放入相应的 Bridge,就能控制其所属的 VLAN。
VLAN 设备总是以母子关系出现,母子设备之间是一对多的关系。 一个母设备(eth0)可以有多个子设备(eth0.10,eth0.20 ……),而一个子设备只有一个母设备。

四、Linux Bridge实现Vlan

(1)查看核心是否提供VLAN 功能,执行
# dmesg | grep -i 802
或者检查/proc/net/vlan目录是否存在。
如果沒有提供VLAN 功能,/proc/net/vlan目录是不存在的。

如果8021q模块没有载入系统,则可以通过使用modprobe模组命令载入802.1q模组,並且利用lsmod命令确认模组是否已经载入到核心内。 
# modprobe 8021q
# lsmod | grep 8021q

设置开机载入8021q模块(可选)
在/etc/sysconfig/modules下增加一个8021q.modules文件,文件内容为modprobe 8021q
# vi /etc/sysconfig/modules/8021q.modules
modprobe 8021q

(2)安装查看用于查看Vlan配置的工具————vconfig
提前装备好vconfig-1.9-16.el7.x86_64.rpm
#rpm -ivh vconfig-1.9-16.el7.x86_64.rpm
#rpm -qa vconfig

(3)创建vlan接口
创建vlan接口前,在设备上添加一块网卡ens34,
网络配置如右图:

注意:
将BOOTPROTO=static

基于网卡ens34建立vlan10,vlan20接口:ens34.10,ens34.20:

#vconfig add ens34 10
#vconfig add ens34 20

#cd /etc/sysconfig/network-scripts/
#cp ifcfg-ens34 ifcfg-ens34.10        -- 创建ens33.10接口配置文件
编辑ifcfg-ens34.10文件,增加/修改下面内容:
#vim ifcfg-ens34.10
VLAN=yes
TYPE=vlan
PHYSDEV=ens34
VLAN_ID=10
NAME=ens34.10
ONBOOT=yes
ZONE=trusted
DEVICE=ens34.10
BRIDGE=brvlan-10

#cp ifcfg-ens34.10 ifcfg-ens34.20
编辑ifcfg-ens34.20文件,增加/修改下面内容:
#vim ifcfg-ens34.20
VLAN=yes
TYPE=vlan
PHYSDEV=ens34
VLAN_ID=20
NAME=ens34.20
ONBOOT=yes
ZONE=trusted
DEVICE=ens34.20
BRIDGE=brvlan-20

(4)分别建立网桥brvlan-10,brvlan-20
#brctl addbr brvlan-10
#brctl addbr brvlan-20

(5)编辑网桥brvlan-10配置文件:
#vim ifcfg-brvlan-10
TYPE=bridge
BOOTPROTO=static
NAME=brvlan-10
DEVICE=brvlan-10
ONBOOT=yes

编辑网桥brvlan-20配置文件:
#vim ifcfg-brvlan-20
TYPE=bridge
BOOTPROTO=static
NAME=brvlan-20
DEVICE=brvlan-20
ONBOOT=yes

(6)将网桥brvlan-10接到网口ens34.10,brvlan-20接到网口ens34.20
#brctl addif brvlan-10 ens34.10
#brctl addif brvlan-20 ens34.20

(7)重新启动网络服务
#systemctl restart network

五、Vlan模式测试虚机

先将NetworkManager服务关闭
(1)在宿主机中已经提前创建好了虚机 VM1 
在 virt-manager 中将 VM1 的虚拟网卡挂到 brvlan-10 上

(2)从VM1克隆一台虚机VM2
virst-clone -o vm1 -n vm2 -f /var/lib/libvirt/images/vm2.qcow2

(3)启动VM1和VM2,并配置ip

(4)查看 Bridge,发现 brvlan10 已经连接了 vnet0 vnet1设备。

六、网卡配置bond(绑定)

(1)网卡bond(绑定),也称作网卡捆绑。就是将两个或者更多的物理网卡绑定成一个虚拟网卡。网卡是通过把多张网卡绑定为一个逻辑网卡,实现本地网卡的冗余,带宽扩容和负载均衡,在应用部署中是一种常用的技术。

多网卡绑定实际上需要提供一个额外的软件的bond驱动程序实现。通过驱动程序可以将多块网卡屏蔽。对TCP/IP协议层只存在一个Bond网卡,在Bond程序中实现网络流量的负载均衡,即将一个网络请求重定位到不同的网卡上,来提高总体网络的可用性。

(2)网卡绑定的目的:
        1.提高网卡的吞吐量。
        2.增强网络的高可用,同时也能实现负载均衡。

(3)网卡配置bond(绑定)bond模式:

1、Mode=0(balance-rr) 表示负载分担round-robin,平衡轮询策略,具有负载平衡和容错功能
             bond的网卡MAC为当前活动的网卡的MAC地址,需要交换机设置聚合模式,将多个网卡绑定为一条链路。

2、Mode=1(active-backup) 表示主备模式,具有容错功能,只有一块网卡是active,另外一块是备的standby,这时如果交换机配的是捆绑,将不能正常工作,因为交换机往两块网卡发包, 有一半包是丢弃的。
    
       3、Mode=2(balance-xor) 表示XOR Hash负载分担(异或平衡策略),具有负载平衡和容错功能
每个slave接口传输每个数据包和交换机的聚合强制不协商方式配合。(需要xmit_hash_policy)。

4、Mode=3(broadcast)  表示所有包从所有interface发出,广播策略,具有容错能力,这个不均衡,只有冗余机制...和交换机的聚合强制不协商方式配合。

5、Mode=4(802.3ad) 表示支持802.3ad协议(IEEE802.3ad 动态链接聚合) 和交换机的聚合LACP方式配合(需要xmit_hash_policy)。

6、Mode=5(balance-tlb) 适配器传输负载均衡,并行发送,无法并行接收,解决了数据发送的瓶颈。 是根据每个slave的负载情况选择slave进行发送,接收时使用当前轮到的slave。

7、Mode=6(balance-alb) 在5的tlb基础上增加了rlb。适配器负载均衡模式并行发送,并行接收数据包。

5和6不需要交换机端的设置,网卡能自动聚合。4需要支持802.3ad。0,2和3理论上需要静态聚合方式,但实测中0可以通过mac地址欺骗的方式在交换机不设置的情况下不太均衡地进行接收。

常用的有三种:

mode=0:平衡负载模式,有自动备援,但需要”Switch”支援及设定。

mode=1:自动备援模式,其中一条线若断线,其他线路将会自动备援。

mode=6:平衡负载模式,有自动备援,不必”Switch”支援及设定。

(4)网卡配置bond(绑定)

1、eth1,eth2,eth3都配置绑定为bond0,例如:
              #cat ifcfg-eth1
                TYPE=Ethernet
                BOOTPROTO=none
                DEVICE=eth1
                ONBOOT=yes
                MASTER=bond0
                SLAVE=yes

载入bond模块:
             #modprobe bonding

2、查看bond0,并桥接到br1
             #cat ifcfg-bond0
               DEVICE=bond0
               TYPE=Bond
               NAME=bond0
               BONDING_MASTER=yes
               BOOTPROTO=static
               USERCTL=no
               ONBOOT=yes
               #IPADDR=192.168.10.10
               #PREFIX=24
               #GATEWAY=192.168.10.19
               BONDING_OPTS="mode=6 miimon=100"
               BRIDGE=br1

3、查看网桥br0
               cat ifcfg-br1
               TYPE=Bridge
               DEVICE=br1
               ONBOOT=yes
               IPADDR=192.168.10.1
               IPADDR1=192.168.20.1
               IPADDR2=192.168.30.1
               IPADDR3=192.168.40.1
               IPADDR4=192.168.50.1
               PREFIX3=24
               PREFIX4=24
               #GATEWAY=172.16.0.1
               #DNS1=172.16.254.251
               #DNS2=223.5.5.5

4、重启系统
              查看网卡信息:
              ethtool bond0

七、网卡配置bond+vlan实践

(1)创建bond0,并创建配置文件

(2)将bond0桥接到br1,并创建br1配置文件,重启网络服务

(3)在br1上,创建虚拟vlan网口:br1.10,br1.20,并创建配置文件

(4)创建brvlan-10,brvlan-10,并创建配置文件

(5)将网桥与虚拟vlan网口连接
             brctl addif brvlan- 10 br1.10
             brctl addif brvlan-20 br1.20

(6)重启网络服务

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