Linux网络虚拟化之Netns（网络名称空间）
相关链接：CentOS6.8使用ip netns（网络namespace）解决办法之前我们通过qemu-kvm创建的虚拟机实现了四种网络模型，我们仅仅是通过桥接的方式以及nat地址转换，以实现对外部网络的访问
思考：如果公司内部有两个部门，分别是开发部和运维部，现在的需求是实现以下两点（按照之前的网络配置方式是很难实现的）：
[*]开发部和运维部分别在不同的局域网，现在要求两个部门能够通信
[*]开发部和运维部在相同的局域网，开发部不能上外网，运维部可以上外网
解决方法：利用内核中自带的网络namespace实现网络虚拟化，以软件的方式添加虚拟交换机和虚拟路由
附：以软件的方式实现添加虚拟交换机和虚拟路由，有很多知名的软件，诸如：OpenVSwitch
namespace简单介绍，其实现了以下几种隔离：
[*]文件系统隔离：
[*]网络隔离：主要用于实现网络资源的隔离，包括网络设备、IPV4以及IPV6地址、IP路由表、防火墙、/proc/net、/sys/class/net以及套接字等
[*]IPC隔离：进程之间的隔离
[*]用户和用户组隔离：
[*]PID隔离：对名称空间内的PID重新标号，两个不同的名称空间可以使用相同的PID
[*]UTS隔离：Unix Time-sharing System，提供主机名称和域名的隔离
cgroups：（应用：Docker）
[*]用于完成资源配置：用于实现限制被各namespace隔离起来的资源，还可以为资源设置权重、计算使用量、完成各种所需的管理任务
先简单的介绍下netns的用法：
netns 可以创建一个完全隔离的新网络环境，这个环境包括一个独立的网卡空间，路由表，ARP表，ip地址表，iptables等。总之，与网络有关的组件都是独立的。
创建网络空间：
# ip netns add ns1
查看网络空间：
# ip netns list
删除网络空间：
# ip netns del ns1
进入网络空间执行命令：
# ip netns exec ns1 `command`
实例一：
用netns连接两个隔离环境中的虚拟机，如图：
在虚拟化中有两个虚拟机网络隔离环境需要通信。
系统： centos7.2 x64
安装程序包
# yum install bridge-utils libvirt libvirt-client virt-install virt-viewer net-tools -y
# brctl addbr br0
# brctl addbr br1
# ifconfig br0 up
# ifconfig br1 up
取消默认nat网络模式
# mv /etc/libvirt/qemu/networks/default.xml /etc/libvirt/qemu/networks/default.xml_bak
# systemctl start libvirtd
创建虚拟机并连接至br0
# virt-install --name vm1 --ram 512 --vcpus=1 --disk /images/linux/cirros-0.3.6-x86_64-disk-1.img --network bridge=br0,model=virtio --force --import --nographics --serial=pty --console=pty
打开第二个终端创建第二个虚拟机并连接至br1
# virt-install --name vm2 --ram 512 --vcpus=1 --disk /images/linux/cirros-0.3.6-x86_64-disk-2.img --network bridge=br1,model=virtio --force --import --nographics --serial=pty --console=pty
# brctl show
bridge name bridge id STP enabled interfaces
br0 8000.fe54007e1861 no vnet0
br1 8000.fe5400be1885 no vnet1
到此，虚拟机已经连接上各自的桥设备了。完成如图：
创建虚拟网络空间：
# ip netns add ns1
# ip netns list
ns1
接下来创建一张虚拟网卡，虚拟网卡分为前半段和后半段，我们将前半段添加到br0中，并将后半段添加到虚拟网络空间中，这样br0桥设备中主机就能够连接到虚拟网络空间中。
# ip link add net-in type veth peer name net-out
# ifconfig net-in up
# ifconfig net-out up
将net-in虚拟网卡添加到br0中，将net-out虚拟网卡添加到ns1中
# brctl addif br0 net-in
查看是否添加成功
# brctl show br0
bridge name bridge id STP enabled interfaces
br0 8000.46c7e9d2c0fa no net-in
vnet0
将net-out添加到ns1中，并重命名为eth0
# ip link set dev net-out name eth0 netns ns1
查看是否添加成功
# ip netns exec ns1 ifconfig -a
eth0: flags=4098<BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500
ether a2:07:dc:ba:35:a2 txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
lo: flags=8<LOOPBACK> mtu 65536
loop txqueuelen 0 (Local Loopback)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
# ip netns exec ns1 ifconfig lo up
现在vm1 --> br0 --> ns1 网络做通了，完成如下图：
同理，和上面操作一样。
# ip link add net1-in type veth peer name net1-out
# ifconfig net1-in up
# ifconfig net1-out up
# brctl addif br1 net1-in
# brctl show br1
bridge name bridge id STP enabled interfaces
br1 8000.1291a963b290 no net1-in
vnet1
# ip link set dev net1-out name eth1 netns ns1
# ip netns exec ns1 ifconfig -a
eth0: flags=4098<BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500
ether a2:07:dc:ba:35:a2 txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
eth1: flags=4098<BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500
ether 02:d4:3c:7d:3b:2e txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536
inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
inet6 ::1 prefixlen 128 scopeid 0x10<host>
loop txqueuelen 0 (Local Loopback)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
ip地址配置如下：
vm1 - eth0 : 192.168.1.2
ns1 - eth0 : 192.168.1.1
vm2 - eth0 : 172.168.10.2
ns1 - eth0 : 172.168.10.1
记住：当宿主机开启了网络转发功能，虚拟网络空间才会开启，在以上场景中，必须开启网络转发功能。
# sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.ip_forward = 1
vm1 - eth0 网络配置如下：
# ifconfig lo up
# ifconfig eth0 192.168.1.2/24 up
# ifconfig
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 52:54:00:7E:18:61
inet addr:192.168.1.2 Bcast:192.168.1.255 Mask:255.255.255.0
inet6 addr: fe80::5054:ff:fe7e:1861/64 Scope:Link
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:8 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:2 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:648 (648.0 B) TX bytes:168 (168.0 B)
lo Link encap:Local Loopback
inet addr:127.0.0.1 Mask:255.0.0.0
inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
UP LOOPBACK RUNNING MTU:16436 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:0
RX bytes:0 (0.0 B) TX bytes:0 (0.0 B)
ns1 - eth0 网络配置如下：
# ip netns exec ns1 ifconfig lo up
# ip netns exec ns1 ifconfig eth0 192.168.1.1/24 up
# ip netns exec ns1 ifconfig eth0
eth0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.1.1 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
ether a2:07:dc:ba:35:a2 txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
vm2 - eth0 网络配置如下：
# ifconfig lo up
# ifconfig eth0 172.168.10.2/24 up
# ifconfig eth0
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 52:54:00:BE:18:85
inet addr:172.168.10.2 Bcast:172.168.255.255 Mask:255.255.0.0
inet6 addr: fe80::5054:ff:febe:1885/64 Scope:Link
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:8 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:2 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:648 (648.0 B) TX bytes:168 (168.0 B)
ns1 - eth1 网络配置如下：
# ip netns exec ns1 ifconfig eth1 172.168.10.1/24 up
# ip netns exec ns1 ifconfig eth1
eth1: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500
inet 172.168.10.1 netmask 255.255.255.0 broadcast 172.168.10.255
ether 02:d4:3c:7d:3b:2e txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
为虚拟机指定路由：
vm1 :
# ping 192.168.1.1 -c1
PING 192.168.1.1 (192.168.1.1): 56 data bytes
64 bytes from 192.168.1.1: seq=0 ttl=64 time=0.811 ms
--- 192.168.1.1 ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.811/0.811/0.811 ms
# ip route add default via 192.168.1.1
注意：如果ping不通，请检查链路上的网卡状态是否是up状态。
vm2 :
# ping 172.168.10.1 -c1
PING 172.168.10.1 (172.168.10.1): 56 data bytes
64 bytes from 172.168.10.1: seq=0 ttl=64 time=2.385 ms
--- 172.168.10.1 ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 2.385/2.385/2.385 ms
添加默认路由
# ip route add default via 172.168.10.1
接下来，使用ping测试。
vm1 - eth0 : 192.168.1.2 --> ns1 - eth1 : 172.168.10.1
# ping 172.168.10.1 -c1
PING 172.168.10.1 (172.168.10.1): 56 data bytes
64 bytes from 172.168.10.1: seq=0 ttl=64 time=0.426 ms
--- 172.168.10.1 ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.426/0.426/0.426 ms
能够达到ns1 eth1网卡，说明ns1从eth0 - 192.168.10.1 转发到了 172.168.10.1
vm1 - eth0 : 192.168.1.2 --> vm2 - eth0 : 172.168.10.2
这样，就完成了在宿主机中，两个虚拟主机隔离模式的通信。
实例二：
说明：宿主机中两组隔离模型，其中只有一组可以访问公网
接下来，在模式一的基础上进行修改：
# ip netns del ns1
删除虚拟网络空间模式，所有和虚拟网络空间有关的虚拟网卡都会被删除。
现在的模式如下：
vm1: 192.168.1.2/24
vm2: 192.168.1.2/24
ns1: 192.168.1.1/24
这里故意把vm1和vm2的ip设置为一样，方便我们进行测试。
添加虚拟网络空间
# ip netns add ns1
# ip link add net-in type veth peer name net-out
# ifconfig net-in up
# ifconfig net-out up
添加net-in到br0，添加net-out到虚拟网络空间ns1
# brctl addif br0 net-in
# ip link set dev net-out name eth0 netns ns1
为ns1启动网卡并配置ip地址
# ip netns exec ns1 ifconfig lo up
# ip netns exec ns1 ifconfig eth0 192.168.1.1 netmask 255.255.255.0 up
为vm1配置网关为192.168.1.1
创建桥设备，并将物理网卡添加到桥设备中，这里建议直接修改物理网卡配置文件
cp -a ifcfg-eno16777736 ifcfg-br-out
# vim ifcfg-eno16777736
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=none
DEFROUTE=yes
PEERDNS=yes
PEERROUTES=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=no
NAME=eno16777736
UUID=100e462e-c0d0-4271-9b5a-1c8e47ff0d03
DEVICE=eno16777736
ONBOOT=yes
BRIDGE=br-out
# vim ifcfg-br-out
TYPE=Bridge
BOOTPROTO=none
DEFROUTE=yes
PEERDNS=yes
PEERROUTES=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=no
NAME=br-out
DEVICE=br-out
ONBOOT=yes
IPADDR=10.0.0.11
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=10.0.0.1
DNS1=10.0.0.1
DNS2=114.114.114.114
重启下网络
# systemctl restart network
物理网卡添加成功
# brctl show br-out
bridge name bridge id STP enabled interfaces
br-out 8000.000c2923e15d no eno16777736
现在创建一对网卡，连接ns1和br-out
# ip link add net1-in type veth peer name net1-out
# ifconfig net1-in up
# ifconfig net1-out up
# ip link set dev net1-in name eth1 netns ns1
# brctl addif br-out net1-out
# brctl show br-out
bridge name bridge id STP enabled interfaces
br-out 8000.000c2923e15d no eno16777736
net1-out
我真实局域网的ip为10.0.0.0/24
因此添加到ns1中的eth1要配置到同网段
# ip netns exec ns1 ifconfig eth1 10.0.0.12 netmask 255.255.255.0 up
能够到达网关了。
已实现如下：
在ns1中添加源地址转换
# ip netns exec ns1 iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.0/24 ! -d 192.168.1.0/24 -j SNAT --to-source 10.0.0.12
# ip netns exec ns1 ip route default via 10.0.0.1
再次通过vm1 ping 公网ip
这样就实现了宿主机内部分网络中的主机可以访问公网，部分主机没有访问公网权限。
附：也可以在网络名称空间内启动dhcp，为虚拟机提供动态IP地址
这里我用的是另外一个环境，ip地址是172.31.225.246，在物理机装上dnsmasq软件包即可使用
yum install dnsmasq -y
在添加的网络名称空间内启动dhcp
ip netns exec r1 dnsmasq -F 10.0.1.100,10.0.1.120 --dhcp-option=option:router,10.0.1.254
IP地址范围是10.0.1.100-120，默认路由是10.0.1.254，如果你是按照我们这篇文章去配置的ip，这里的地址范围设置成ns1上的eth0对应的地址范围，默认路由设置成ns1上的eth0地址即可
这里虚拟机我使用的是简易的cirros装的，接着在虚拟机上执行对应 的命令获取ip地址
cirros-dhcpc up eth0
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