基于LInux的Veth Peer虚拟网络设备详解

虚拟网络设备

实验环境：VMware下创建的centos7.9虚拟机

Veth Peer介绍

Veth（Virtual Ethernet）Peer 是 Linux 内核中网络虚拟化的一种基础技术，它用于在两个网络命名空间之间建立通信通道。Veth 本质上是一对虚拟网络接口，它们成对出现，一个接口的发送操作会直接传递到它的对等接口，就像一根虚拟的以太网线。

Veth Peer的特点

成对出现： Veth 设备总是以对的形式出现，例如 veth0 和 veth1。它们彼此互为对等接口（peer）。
高效通信：数据包在两端的接口之间直接传递，不会经过实际的网络设备，通信效率很高。
网络命名空间隔离：通常用于连接不同的 Linux 网络命名空间，将一端接口放入一个命名空间，另一端接口放入另一个命名空间。
与桥接和路由配合使用： Veth 接口常与 Linux 桥接（Bridge）、路由（Routing）等技术结合，用于构建更复杂的网络拓扑，例如 Docker 容器和 Kubernetes Pod 的网络通信。

Veth Peer 的实现基于 Linux 内核中的网络设备驱动程序，工作原理主要包括以下部分：

虚拟网卡的创建：每个 Veth 设备在内核中被视为一个网络设备，其驱动程序负责处理数据包的接收与发送操作。Veth 的两个端口是对称的，一个端口的发送动作就是另一个端口的接收动作。
设备 A 发送的帧会直接被设备 B 接收。
在内核中，通过缓冲区（Buffer）共享数据包。
数据包转发： Veth 并不涉及实际的网络硬件，所有的数据转发在内存中完成。它通过内核的 Netlink 子系统和 socket buffer（sk_buff）传递数据。
具体流程如下：
当应用程序通过 veth0 发出一个数据包时，内核驱动会将数据包放入 veth1 的接收队列中。
反之亦然，从 veth1 发出的数据包会直接进入 veth0 的接收队列。
与命名空间交互： Veth 接口的一大优势是支持网络命名空间。将 Veth 的一端（如 veth1）移动到一个网络命名空间后，该端口的配置、路由表和 ARP 表等都与所在命名空间的网络环境独立。

Veth Peer的优缺点

优点：
轻量化：无硬件依赖，消耗系统资源少。
高效：传输直接在内存中完成，无需额外的协议处理。
灵活：支持网络命名空间，可以模拟多种复杂的网络场景。
缺点：
仅限本机：Veth Peer 仅能在同一台主机上工作，不能跨主机通信。
依赖内核：需要 Linux 内核支持，某些场景可能受到内核版本限制

基本命令

帮助文档

man ip link

man ip netns

创建veth接口

创建一对veth接口，一端命名为veth0，另一端命名为veth1

ip link add veth0 type veth peer name veth1

查看接口

查看接口的信息

[root@localhost ~]# ip link show veth0
5: veth0@veth1: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether e6:24:22:c8:35:14 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
[root@localhost ~]# ip link show veth1
4: veth1@veth0: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether fa:a2:c1:90:1e:e4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
[root@localhost ~]#

或者在ip a中全部查看

[root@localhost ~]# ip a
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
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:ec:a6:85 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.200.100/24 brd 192.168.200.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::39d3:e75e:a18b:b362/64 scope link noprefixroute
       valid_lft forever preferred_lft forever
3: ens34: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:ec:a6:8f brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
4: veth1@veth0: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether fa:a2:c1:90:1e:e4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
5: veth0@veth1: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether e6:24:22:c8:35:14 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

配置veth接口

启用接口；配置的接口默认是关闭的，需要手动启用

ip link set veth0 up
ip link set veth1 up

设置IP地址：接口创建后需要手动设置IP地址

ip addr add 192.168.1.1/24 dev veth0
ip addr add 192.168.1.2/24 dev veth1

查看接口信息已经有固定IP

[root@localhost ~]# ip a
---------------
4: veth1@veth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether fa:a2:c1:90:1e:e4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.1.2/24 scope global veth1
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::f8a2:c1ff:fe90:1ee4/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
5: veth0@veth1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether e6:24:22:c8:35:14 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.1.1/24 scope global veth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::e424:22ff:fec8:3514/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

且地址可以进行通信

[root@localhost ~]# ping 192.168.1.1
PING 192.168.1.1 (192.168.1.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.061 ms
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.047 ms
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.062 ms
^C
--- 192.168.1.1 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 1999ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.047/0.056/0.062/0.011 ms
[root@localhost ~]# ping 192.168.1.2
PING 192.168.1.2 (192.168.1.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.065 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.072 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.058 ms

跨命名空间通信

创建网络命名空间

ip netns add ns1
ip netns add ns2

该命名空间位于/var/run/netns/

[root@localhost ~]# ls /var/run/netns/
ns1  ns2

将veth接口移动到对应的命名空间

ip link set veth0 netns ns1
ip link set veth1 netns ns2

在命名空间中配置接口：注意这里需要再次启用接口，之前所配置的网络信息等都会清空

ip netns exec ns1 ip link set veth0 up
ip netns exec ns2 ip link set veth1 up

设置命名空间中的IP地址

ip netns exec ns1 ip addr add 192.168.1.1/24 dev veth0
ip netns exec ns2 ip addr add 192.168.1.2/24 dev veth1

验证测试：从各自命名空间ping对端命名空间的网络设备

[root@localhost ~]# ip netns exec ns1 ping 192.168.1.2
PING 192.168.1.2 (192.168.1.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.132 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.038 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.043 ms
^C
--- 192.168.1.2 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 1999ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.038/0.071/0.132/0.043 ms
[root@localhost ~]# ip netns exec ns2 ping 192.168.1.1
PING 192.168.1.1 (192.168.1.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.046 ms
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.048 ms
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.067 ms

删除Veth接口

接口成对出现：如果删除其中一个接口会自动删除对端接口

ip link delete veth0

该接口如果在命名空间中

ip netns exec ns1 ip link delete veth0

网桥（Bridge）

Linux 系统中的网桥（Bridge）是实现二层网络通信的重要工具，类似于硬件交换机的功能。它可以连接多个网络接口，使它们在同一个广播域内通信，广泛应用于虚拟化、容器和网络模拟中

网桥基本概念

网桥作用：将多个网络接口桥接在一起，使它们能像处于同一个交换机下一样通信。
工作层：网桥工作在 OSI 模型的第二层（数据链路层）。
关键命令工具：ip 和 brctl。

创建网桥

创建一个名为 br0 的网桥

ip link add name br0 type bridge

启用网桥

ip link set dev br0 up

网桥添加接口

[root@localhost ~]# ip link add veth0 type veth peer name veth1
[root@localhost ~]# ip link set veth0 up
[root@localhost ~]# ip link set veth1 up

将网络接口 veth0 添加到网桥 br0

ip link set dev veth0 master br0

网桥设置IP

ip addr add 192.168.1.254/24 dev br0

查看网桥信息

如果网桥上没有接口，则什么也不显示

[root@localhost ~]# bridge link show
8: veth0 state UP @veth1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 master br0 state forwarding priority 32 cost 2

接口设置IP

ip addr add 192.168.1.1/24 dev veth0
ip addr add 192.168.1.2/24 dev veth1

此时可查看到网桥，以及对应的接口的IP信息

[root@localhost ~]# ip a
------
6: br0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether f2:00:e8:d0:9f:e0 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.1.254/24 scope global br0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::e0dc:6cff:febb:3090/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
7: veth1@veth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether 0a:5d:06:8d:60:09 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.1.2/24 scope global veth1
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::85d:6ff:fe8d:6009/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
8: veth0@veth1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue master br0 state UP group default qlen 1000
    link/ether f2:00:e8:d0:9f:e0 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.1.1/24 scope global veth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::f000:e8ff:fed0:9fe0/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

测试访问

[root@localhost ~]# ping 192.168.1.254
PING 192.168.1.254 (192.168.1.254) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.254: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.031 ms
64 bytes from 192.168.1.254: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.065 ms
^C
--- 192.168.1.254 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 999ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.031/0.048/0.065/0.017 ms
[root@localhost ~]# ping 192.168.1.1
PING 192.168.1.1 (192.168.1.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.054 ms
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.104 ms
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.101 ms
^C
--- 192.168.1.1 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 1999ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.054/0.086/0.104/0.024 ms
[root@localhost ~]# ping 192.168.1.2
PING 192.168.1.2 (192.168.1.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.059 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.038 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.085 ms
^C

此时如果有其他的设备将网络接口（veth2）放入网桥中，则veth1可以访问到该设备（veth3），网络走向如下：

veth1—>veth0—>网桥br0---->veth2—>veth3

网桥移除接口

从网桥中移除网络接口

ip link set dev eth0 nomaster

删除网桥

ip link delete dev br0

posted @ 2021-06-27 23:50 huhy 阅读(104) 评论(0) 收藏举报来源

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