KVM中的网络简介（qemu-kvm）

Posted 2021-01-05 liliyang

emu-kvm主要向客户机提供了如下4种不同模式的网络：

1)基于网桥(bridge)的虚拟网卡

2)基于NAT(Network Addresss Translation)的虚拟网络

3)QEMU内置的用户模式网络(user mode networking)（QEMU/KVM的默认方式）

4)直接分配宿主机上的网络设备的网络（包括VT-d和SR-IOV)

除了特别的需要iptables配置端口映射、数据包转发规则的情况，一般默认将防火墙所有规则都关闭，以避免妨碍客户机中的网络畅通

 

在QEMU命令行中，对客户机网络的配置（除物理网络设备直接分配外）都是用"-net"参数进行配置的，

如果没有设置任何的"-net"参数，默认使用"-net nic -net user"参数，进而使用完全基于QEMU内部实现的用户模式下的网络协议栈

 

qemu-kvm提供了对一系列主流和兼容性良好的网卡的模拟，通过"-net nic,model=?"参数可以查询到当前的qemu-kvm工具实现了哪些网卡的模拟

"rtl8139"网卡模式是qemu-kvm默认的模拟网卡类型

 "e1000"是提供Intel e1000系列的网卡模拟，纯的QEMU(非qemu-kvm)默认就是提供Intel e1000系列的虚拟网卡。

  virtio类型是qemu-kvm对半虚拟化IO(virtio)驱动的支持

 

qemu-kvm命令行在不加任何网络相关的参数启动客户机后，在客户机中可以看到它有一个默认的RTL8139系列的网卡，当然由于没有进行更多的网络配置，这个模拟的网卡虽然在客户机中可见，但是它使用的是用户模式的网络，其功能非常有限

查看物理机中的网卡信息：

lspci | grep Ethernet

 

 

 

qemu-kvm命令行中基本的"-net"参数的细节如下：

-net  nic[, vlan=n ] [,m acaddr=mac] [,model=type ][,name=name] [,addr=addr]  [,vectors=v]

执行这个命令行会让QEMU建立一个新的网卡并将其连接到n号VLAN上

其中：

"-net  nic"是必需的参数，表明这是一个网卡的配置。

1）vlan=n, 表示将网卡放入到编号为n的VLAN，默认为0。

2）macaddr=mac, 设置网卡的MAC地址，默认会根据宿主机中网卡的地址来分配。若局域网中客户机太多，建议自己设置MAC地址，以防止MAC地址冲突。

3）model= type, 设置模拟的网卡的类型，在qemu-kvm中默认为rtl8139。使用qemu-kvm  -net nic,model=? 查询kvm支持的网卡类型

4）name=name, 为网卡设置一个易读的名称，该名称仅在QEMU monitor中可能用到。

5）addr=addr, 设置网卡在客户机中的PCI设备地址为addr。

6）vectors=v, 设置该网卡设备的MSI-X向量的数量为n，仅对使用virtio驱动的网卡有效。设置为"vectors=0"是关闭virtio网卡的MSI-X中断方式。

示例：

-net  vlan=0,macaddr=fe:54:00:86:0d:04,model=rtl8139 ,name=eth0,addr=0x0

如果需要向一个客户机提供多个网卡，可以多次使用"-net"参数

 

客户机（即虚拟机中）中用一些工具查看网卡相关的信息如下：

lspci|grep Ethernet

ethtool -i eth1                             #-i选项仅显示驱动信息

ifconfig

在QEMU monitor中查看网络的信息，如下：

info  network

 

 

一、桥接网络（客户机和宿主机平等，都是局域网中的一个节点，二者网络环境相同，类似vmare中桥接网络）

在QEMU/KVM的网络使用中，网桥(bridge)模式可以让客户机和宿主机共享一个物理网络设备连接网络，客户机有自己的独立IP地址，可以直接连接与宿主机一模一样的网络，客户机可以访问外部网络，外部网络也可以直接访问客户机（就像访问普通物理主机一样）。即使宿主机只有一个网卡设备，使用bridge模式也可知让多个客户机与宿主机共享网络设备

 

qemu-kvm的命令行中，关于bridge模式的网络参数如下：

-net  tap [,vlan=n] [,name=str] [,fd=h] [,ifname=name] [,script=file] [,downscript=dfile] [,helper=helper] [,sndbuf=nbytes] [,vnet_hdr=on|off] [,vhost=on|off] [,vhostfd=h] [,vhostforce=on|off]

该配置表示连接宿主机的TAP网络接口到n号VLAN中，并且使用file和dfile两个脚本在启动客户机时配置网络和在关闭客户机时取消网络配置

 

1）  tap参数，表明使用TAP设备。TAP是虚拟网络设备，它仿真了一个数据链路层设备(ISO七层网络结构的第二层，需要IP地址，仅有mac地址），它像以太网的数据帧一样处理第二层数据报。而TUN与TAP类似，也是一种虚拟网络设备，它是对网络层设备的仿真。TAP用于创建一个网络桥，而TUN与路由相关。

2）  vlan=n, 设置该设备VLAN编号，默认值为0。

3）  name=name, 设置名称，在QEMU monior中可能用到，一般由系统自动分配即可。

4）  fd=h, h为整数，是连接到已经打开的TAP接口的文件描述符，一般不要设置该选项，而是让QEMU自动创建一个TAP接口。在使用了fd=h的选项后，ifname、script、downscript、helper、vnet_hdr等选项都不可使用了（不能与fd选项同时出现在命令行中）。

5） ifname=name , 设置在宿主机中添加的TAP虚拟设备的名称（如tap1、tap5等），当不设置这个参数时，QEMU会根据系统中目前的情况，产生一个TAP接口的名称。

6） script  file, 设置宿主机在启动客户机时自动执行的网络配置脚本。
                        如果不指定，其默认值为"/etc/qemu-ifup"这个脚本，可指定自己的脚本路径以取代默认值；
                        如果不需要执行脚本，则设置为"script=no"。

7） downscript=file, 设置宿主机在客户机关闭时自动执行的网络配置脚本。
       如果不设置，其默认值为"/etc/qemu-ifdown";
       如果户机关闭时宿主机不需要执行脚本，则设置为"downscript=no"。

8）helper=helper, 设置启动客户机时在宿主机中运行的辅助程序，包括建立一个TAP虚拟设备，默认值为/usr/local/libexec/qemu-bridge-helper（编译安装）。一般不用自定义，采用默认值即可。

9） sndbuf=nbytes, 限制TAP设备的发送缓冲区大小为n字节， 当需要流量进行流量控制时可以设置该选项。其默认值为"sndbuf=0", 即不限制发送缓冲区的大小。

示例：

-net tap ifname=vnet0,script=/etc/qemu-ifup,downscript=no

 

其余几个选项都是与virtio相关的，需要配合virtio使用

1）vnet_hdr =on | off, 设置是否打开TAP设备的"IFF_VNET_HDR"标识：
          "vnet_hdr= off‘‘表示关闭这个标识，
          "vnet_hdr=on" 表示强制开启这个标识，如果没有这个标识的支持，则会触发错误。

IFF_VNET_HDR是tun/tap的一个标识，打开这个标识则允许发送或接受大数据包时仅做部分的校验和检查。打开这个标识，还可以提高virtio_net驱动的吞吐量。

 2）vhost=on | off, 设置是否开启vhost-net这个内核空间的后端处理驱动，只对使用MIS-X中断方式的virtio客户机有效。

3）vhostfs=h，设置去连接一个已经打开的vhost网络设备。

4）vhostforce=on | off，设置是否强制使用vhost作为非MSI-X中断方式的virtio客户机的后端处理程序。

 

准备环境：

宿主机上进行如下操作

1) 要采用bridge模式的网络配置，首先需要安装两个RPM包，即bridge-utils和tunctl,它们提供所需的brctl和tunctl命令行工具

yum  install  bridge-utils   -y

tunctl工具可选安装，centos 7.x系列需要编译安装

 

2) 查看tun模块是否加载，如下：

lsmod | grep tun　　　　　　　　　　　　　　　　#注意这个模块于是否安装tunctl工具无关

如果tun模块没有加载，则运行"modprobe tun"命令来加载。当然，如果已经将tun编译到内核（可查看内核config文件中是否有"CONFIG_TUN=y"选项），则不需要加载了。如果内核完全没有配置TUN模块，则需要重新编译内核才行

 

3) 检查/dev/net/tun的权限，需要让当前用户拥有可读写的权限。

ll  /dev/net/tun

 

4) 建立一个bridge，并将其绑定到一个可以正常工作的网络接口上，同时让bridge成为连接本机与外部网络的接口（下面设置是临时生效，重启机器或重启网络服务后，将会失效，最好是写入到网卡配置文件中）

主要的配置命令如下：

brctl  addbr  br0

brctl  addif  br0  eth0　　　　　　#这一步如果是ssh远程连接将会断开

brctl  stp  br0  on

ifconfig  eth0  0

dhclient  br0　　　　　　这一步是自动获取ip地址，可手动设置

route

需要将默认路由设备设置为br0

ping 　　　　　　　　#测试网络，ping外网

 

5 ) 准备qemu-ifup和qemu-ifdown脚本。

在客户机启动网络前会执行的脚本是由"script"选项配置的脚本（默认为/etc/qemuif-up)，该脚本中创建一个TAP设备并将其与bridge绑定起来。

qemu-ifup脚本中"$1"是qemu-kvm命令工具传递给脚本的参数（即ifname选项的值），它是（在宿主机使用ifconfig可看到）客户机使用的TAP设备名称（如tap0、tap1等，或者是前面提及的ifname选项的值）。

另外，其中的"tunctl"命令这一行是不需要的，因为qemu-bridge-helper程序已经会创建好TAP设备，这里列出来只是因为在一些版本较旧的qemu-kvm中可能没有自动创建TAP设备

cat  >> /etc/qemu-ifup<<end

#!/bin/bash

#

bridge=br0

if [ -n "$1" ];then

tunctl    -u $(whoami)   -t $1

ip link set $1 up

sleep 1

brctl addif $bridge $1

[ $? -eq 0 ] && exit 0 || exit 1

else

echo "Error: no interface specified."

exit 1

fi

end

qemu-kvm工具在客户机关闭时会自动解除TAP设备与bridge绑定，也会自动删除已不再使用的TAP设备，所以qemu-ifdown这个脚本不是必需的，最好设置为"downscript=no"

 

安装虚拟机：

qemu-kvm  --enable-kvm  -m 2048 -smp 2 

                   -boot order=cd -hda /kvm/os/cs-01.qcow2

                   -cdrom /kvm/iso/CentOS-7-x86_64-Minimal-1804.iso

                   -vnc :1

                   -net nic      -net tap,ifname=tap0,script=/etc/qemu-ifup.sh,downscript=no

                   -daemonize

 

启动虚拟机：

qemu-system-x86_64     /kvm/os/cs-01.qcow2  -smp 2  -m 2048

                                     -net nic  -net tap,ifname=tap1,script=/etc/qemu-ifup,downscript=no 

                                     -vnc :0 

                                     -daemonize

 

brctl  show　　　　　　　　#如果在br0上绑定了tap设备，说明成功

ls  /sys/devices/virtual/net/

使用vncviewer登录到客户机上，设置网络（此时一定要像配置物理机一样配置网络环境）