工控场景下Hyper-V虚拟机网络调试

背景

• 调试场景为工控网络/现场设备通信场景，目标是让 Hyper-V 中的虚拟机能够和现场工业设备处于同一网络环境中，直接进行通信。
  • 宿主机：10.2.1.101
  • 虚拟机：10.2.1.102
  • 现场设备：10.2.1.251
  • 网关：10.2.1.1
• 在该场景下，虚拟机不仅需要具备普通 IP 通信能力，更重要的是要尽可能像一台真实接入现场网络的工业终端一样工作，便于访问 PLC、HMI、工控设备以及进行设备发现、调试和组态通信。

不应使用NAT模式

• Hyper-V 的NAT模式本质是三层转发，像路由器一样工作。相当于宿主机充当一个“小路由器”。通常不会天然透传所有二层广播。
• NAT 模式在工控网络中的问题：
  • 虚拟机不是真正直接入网
  • 广播、发现类通信可能异常：
    • 设备扫描不到
    • 自动发现失败
    • 组态软件找不到 PLC 或现场设备
  • 某些工业协议对 NAT 不友好：
    • ping 可以通，但软件发现不了设备
    • 一部分功能正常，另一部分不正常
    • 扫描失败
    • 通讯时断时续

桥接模式配置

宿主机先创建一个绑定实际物理网卡的外部网络连接

• 勾选：Allow management operating system to share this network adapter；勾选后才会自动生成一个虚拟网卡（vEthernet (Bridge_Mode)），宿主机之后就是通过这个网卡参与现场网络通信。
  
  • 网络中没有明确要求VLAN设置，所以和VLAN相关的勾选都取消，避免可能的网络错误。
• 主机网络设置中，由于被Hyper-V外部交换机接管物理网卡，很多协议勾选会被取消，不要在这张“物理网卡”上手动把协议勾选回来，保持下图两个默认勾选项即可：
  
  • 物理网卡会主要保留 Hyper-V Extensible Virtual Switch, Microsoft LLDP Protocol Driver;
  • 如果有抓包需求可以保留：Npcap Packet Driver (NPCAP)；
  • 宿主机自己的 IPv4/IPv6/Client for Microsoft Networks/... 等协议，通常会转移到 vEthernet (Bridge_Mode) 这个虚拟网卡上。所以看到物理网卡很多项被取消，这是正常的。
  • 宿主机物理网卡之前搭建NAT时设置的共享网络连接也要一并取消。

宿主机上改新生成的虚拟网卡（vEthernet (Bridge_Mode)）设置

• 主机上自动生成的虚拟网卡真正变成“物理网卡”的映射
  
  • Internet Protocol Version 4 (TCP/IPv4)，需要勾选
  • Internet Protocol Version 6 (TCP/IPv6)，可有可无，一般保留也行
  • Client for Microsoft Networks，通常可保留
  • File and Printer Sharing for Microsoft Networks，通常可保留或按需
  • QoS Packet Scheduler，通常可保留
  • 宿主机的 IP和网关（10.2.1.101/24）配在这张网卡上。
  • 建议取消勾选Bridge Driver:Hyper-V External vSwitch 本身已经在做虚拟交换机制，Windows 里的Bridge Driver是另一套桥接机制。两套“桥”混在一起，特别容易引发奇怪问题。

虚拟机中的网络设置

• 桥接模式就是把虚拟机也当成一个网络设备，所以虚拟机正常设置它自己应有的IP和网关即可：