KVM虚拟化的四种简单网络模型介绍及实现

Posted 2020-11-20

KVM中的四种简单网络模型，分别如下：
1、隔离模型：虚拟机之间组建网络，该模式无法与宿主机通信，无法与其他网络通信，相当于虚拟机只是连接到一台交换机上。
2、路由模型：相当于虚拟机连接到一台路由器上，由路由器(物理网卡)，统一转发，但是不会改变源地址。
3、NAT模型：在路由模式中，会出现虚拟机可以访问其他主机，但是其他主机的报文无法到达虚拟机，而NAT模式则将源地址转换为路由器(物理网卡)地址，这样其他主机也知道报文来自那个主机，在docker环境中经常被使用。
4、桥接模型：在宿主机中创建一张虚拟网卡作为宿主机的网卡，而物理网卡则作为交换机。

下面分别对四种网络模型进行解读和实现，在之前，首先还是先交待一下环境：
宿主机：VMware虚拟机，2CPU，4G内存，40G存储
宿主机操作系统：CentOS 6.5 x86_64
网卡1:192.168.49.10 （NAT模式） 默认网关：192.168.49.2 可访问外网
网卡2:172.28.88.100 （Host-Only模式）

一、隔离模型

如上图（图片搜集于网络）所示，Guest1和Guest2都是在宿主机上创建的虚拟机，虚拟机的网卡分为前半段和后半段，前半段位于虚拟机上，后半段在宿主机上，按照图中所示，前半段就是eth0，它是在虚拟机内部看到的网卡名字，而后半段就是vnet0和vnet1，它们是在宿主机上看到的网卡名字。实际上，在Guest1上所有发往eth0的数据就是直接发往vnet0，是由vnet0进行数据的传送处理。
在隔离模式下，宿主机创建一个虚拟交换机vSwitch，然后把vnet0和vnet1接入到该虚拟交换机，交换机也可以叫做bridge，因为vnet0和vnet1在一个网桥内，所以可以互相通信，而虚拟机的eth0是通过后半段进行数据传输，所以只要虚拟机的前半段ip在一个网段内，就可以互相通信，这就是隔离模式。

实现方式：
1、创建虚拟网桥br0
[[email protected] ~]# yum -y install bridge-utils
[[email protected] ~]# brctl addbr br0
[[email protected] ~]# ifconfig br0 up
[[email protected] ~]# brctl show
bridge name bridge id STP enabled interfaces
br0 8000.000000000000 no
2、编写一个网卡启动脚本
[[email protected] ~]# vi /opt/tools/qemu-ifup
[[email protected] ~]# cat /opt/tools/qemu-ifup

#!/bin/bash

BRIDGE=br0
if [  -n $1 ];then
    ip link set $1 up
    sleep 2
    brctl addif $BRIDGE $1
    [ $? -eq 0 ] && exit 0 || exit 1
else
    echo -e "33[1;31mYou must give an interface.33[0m"
    exit 3
fi

3、使用qumu-kvm创建2台虚拟机
创建第一台名为centos5-1的kvm虚拟机：
qemu-kvm -name "centos5-1" -smp 1 -m 512 -drive file=/images/kvm/centos5.img,if=virtio,media=disk,cache=writeback -net nic,model=virtio,macaddr=00:0c:29:86:4e:1a -net tap,ifname=vnet0.0,script=/opt/tools/qemu-ifup
创建第二台名为centos5-2的kvm虚拟机：
qemu-kvm -name "centos5-2" -smp 1 -m 512 -drive file=/images/kvm/centos5_2.img,if=virtio,media=disk,cache=writeback -net nic,model=virtio,macaddr=00:0c:29:86:4e:6a -net tap,ifname=vnet0.1,script=/opt/tools/qemu-ifup
这里我使用了之前安装过的虚拟机镜像文件，跳过安装过程，可以直接进入系统，安装过程可参照之前的文章。
4、到宿主机上查看虚拟机的网卡后半段
待两台虚拟机都启动后，我们在宿主机中可以看到有2章虚拟网卡vnet0.0和vnet0.1，这就是两台虚拟机网卡的后半段。
[[email protected] ~]# ifconfig
...........
vnet0.0 Link encap:Ethernet HWaddr D2:65:97:7B:15:00
inet6 addr: fe80::d065:97ff:fe7b:1500/64 Scope:Link
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:24 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:6 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:500
RX bytes:4993 (4.8 KiB) TX bytes:468 (468.0 b)

vnet0.1 Link encap:Ethernet HWaddr 82:94:C0:92:18:34
inet6 addr: fe80::8094:c0ff:fe92:1834/64 Scope:Link
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:25 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:6 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:500
RX bytes:5329 (5.2 KiB) TX bytes:468 (468.0 b)

查看虚拟网桥信息：

5、登录虚拟机中进行查看

由于我并没有dhcp服务，所以虚拟机获取不到IP地址，我选择手动配置两个IP地址，

此时，两个虚拟机的eth0已经配好了IP地址，我们尝试在每台虚拟机上ping对方的IP地址，

两台虚拟机可以互相通信了，那么虚拟机和宿主机之间呢？

虚拟机无法ping通宿主机

宿主机也无法ping通虚拟机。
这就是隔离模型，虚拟机之间可以互相通信，宿主机和虚拟机之间的网络是隔离开的。

二、路由模型

在隔离模型的基础上，将宿主机的一块虚拟网卡virnet0加入到虚拟网桥中，这样virnet0就可以和虚拟机通信，通过将虚拟机的默认网关设置为virnet0的IP地址，然后在宿主机中打开IP地址转发，使得虚拟机可以访问宿主机。不过此时虚拟机仅仅可以将报文发送到外部网络，因为外部网络没有路由到虚拟机中，所以外部网络无法将报文回传给虚拟机。

实现方式：
1、在宿主机上创建一个虚拟网卡
[[email protected] ~]# yum -y install tunctl
[[email protected] ~]# tunctl -b
tap0
[[email protected] ~]# ifconfig tap0
tap0 Link encap:Ethernet HWaddr 12:37:6E:87:3C:A8
BROADCAST MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:500
RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:0 (0.0 b)
2、将tap0网卡加入到虚拟网桥br0中
[[email protected] ~]# ifconfig tap0 192.168.220.100 up
[[email protected] ~]# brctl addif br0 tap0
[[email protected] ~]# ifconfig tap0 0.0.0.0
[[email protected] ~]# ifconfig br0 192.168.220.100 netmask 255.255.255.0 up

3、进入虚拟机并将虚拟机的默认网关设置为tap0的IP地址

4、打开宿主机的ip转发功能
[[email protected] ~]# sed -i ‘/ip_forward/s/0/1/‘ /etc/sysctl.conf
[[email protected] ~]# sysctl -p
5、尝试在虚拟机中ping宿主机的IP地址

可以ping通宿主机的IP地址
6、尝试ping宿主机的网关的ip地址

无法ping通宿主机的网关的IP地址
之所以无法ping通，是因为报文发到网关后，网关找不到回包的路由，所以报文无法回复，这时候，我们通过在宿主机上添加一条iptables规则，使得网关可以回包。
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.220.0/24 -j MASQUERADE

此时，我们再次尝试在虚拟机上ping宿主机网关地址

已经可以ping通宿主机的网关了
7、在宿主机外的主机上ping虚拟机的地址
比如，我在运行VMware的主机上，当然宿主机的网关也在该主机上（熟悉VMware的应该了解），此时我的windows主机的IP地址有192.168.49.1和172.28.88.1，我尝试在windows主机上去ping虚拟机的地址。

此时，外部主机（windows主机）也无法ping通虚拟机，那么为了能ping通，我们还需要添加一条路由，
route add 192.168.220.0 mask 255.255.255.0 192.168.49.10

添加该路由后，外部主机已经可以和虚拟机通信了。

通过上述实践，也可以发现路由模型的缺陷，虽然虚拟机能同宿主机通信，也能将数据包发到外部网络，但是外部网络无法回传数据包，要想外部网络能与虚拟机通信，就要添加对应的路由规则。这对于大规模的虚拟环境，显然是不切实际的。