KVM 网络虚拟化基础 - 每天5分钟玩转 OpenStack(9)

本文详细解析网络虚拟化的核心组件LinuxBridge和VLAN,通过实例演示如何构建虚拟网络环境,使虚拟机能够访问外网并相互通信。

网络虚拟化是虚拟化技术中最复杂的部分,学习难度最大。
但因为网络是虚拟化中非常重要的资源,所以再硬的骨头也必须要把它啃下来。

为了让大家对虚拟化网络的复杂程度有一个直观的认识,请看下图

这是 OpenStack 官网上给出的计算节点(可以理解为 KVM 的宿主机)虚拟网络的逻辑图,上面的网络设备很多,层次也很复杂。
我第一次看到这张图,也着实被下了一跳。

不过大家也不要怕,万丈高楼从地起,虚拟网络再复杂,也是由一些基础的组件构成的。只要我们将这些基础组件的概念和它们之间的逻辑关系搞清楚了,就能深刻理解虚拟网络的架构,那么云环境下的虚拟化网络也就不在话下了。

下面我们来学习网络虚拟化中最重要的两个东西:Linux Bridge 和 VLAN

Linux Bridge 基本概念

假设宿主机有 1 块与外网连接的物理网卡 eth0,上面跑了 1 个虚机 VM1,现在有个问题是:
如何让 VM1 能够访问外网?

至少有两种方案

  1. 将物理网卡eth0直接分配给VM1,但随之带来的问题很多:
    宿主机就没有网卡,无法访问了;
    新的虚机,比如 VM2 也没有网卡。
    下面看推荐的方案

  2. 给 VM1 分配一个虚拟网卡 vnet0,通过 Linux Bridge br0 将 eth0 和 vnet0 连接起来,如下图所示

Linux Bridge 是 Linux 上用来做 TCP/IP 二层协议交换的设备,其功能大家可以简单的理解为是一个二层交换机或者 Hub。多个网络设备可以连接到同一个 Linux Bridge,当某个设备收到数据包时,Linux Bridge 会将数据转发给其他设备。

在上面这个例子中,当有数据到达 eth0 时,br0 会将数据转发给 vnet0,这样 VM1 就能接收到来自外网的数据;
反过来,VM1 发送数据给 vnet0,br0 也会将数据转发到 eth0,从而实现了 VM1 与外网的通信。

现在我们增加一个虚机 VM2,如下图所示

VM2 的虚拟网卡 vnet1 也连接到了 br0 上。
现在 VM1 和 VM2 之间可以通信,同时 VM1 和 VM2 也都可以与外网通信。

有了上面的基础知识,下一节将演示如何在实验环境中实现这套虚拟网络。

### OpenStack入门教程概述 OpenStack 是一种开源云计算平台,支持构建私有云和公有云环境。它由一系列组件组成,这些组件协同工作以提供计算、存储、网络和其他服务功能[^1]。 #### 主要组成部分 以下是 OpenStack 中的核心组件及其作用: - **Nova (Compute)** Nova 提供计算实例的生命周期管理功能,负责创建、调度、销毁虚拟机等操作[^3]。 - **Neutron (Networking)** Neutron 提供网络连接服务,允许用户定义复杂的网络拓扑结构并将其分配给虚拟机或裸金属服务器[^1]。 - **Cinder (Block Storage)** Cinder 提供持久化的块存储设备,可以附加到虚拟机上以扩展其存储能力[^1]。 - **Swift (Object Storage)** Swift 支持大规模的对象存储解决方案,适合存储大量非结构化数据文件。 - **Keystone (Identity Service)** Keystone 负责身份验证和访问控制,确保只有授权用户能够使用资源。 - **Glance (Image Service)** Glance 存储和检索虚拟机镜像,方便快速部署新的实例。 - **Horizon (Dashboard)** Horizon 是基于 Web 的图形界面工具,简化了管理员和用户的日常管理工作流程[^1]。 #### 安装与配置基础 对于初学者来说,《每天5分钟玩转OpenStack》是一本非常实用的学习资料[^2]。书中介绍了如何在本地环境中搭建小型测试集群,并逐步深入讲解各个模块的功能及其实现原理[^3]。 ##### 环境准备 建议从 Ubuntu 或 CentOS 这样的主流 Linux 发行版开始尝试安装 OpenStack 平台[^3]。具体步骤如下所示: ```bash # 更新系统包索引 sudo apt update && sudo apt upgrade -y # 添加官方仓库源地址 echo "deb http://ubuntu-cloud.archive.canonical.com/ubuntu focal-updates/ussuri main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/cloudarchive-ussuri.list # 导入GPG密钥 sudo apt install software-properties-common -y sudo add-apt-repository cloud-archive:ussuri # 再次刷新缓存并确认版本号无误后再继续执行后续命令... sudo apt update ``` 以上脚本片段展示了如何设置适用于Ubuntu系统的APT软件包管理系统以便于获取最新稳定发布的openstack发行版——Ussuri系列的相关依赖项[^4]。 #### 关键技术概念理解 了解一些底层关键技术也有助于更好地掌握整个框架运作机制。例如,在虚拟化领域存在两种主要架构分类方法即Type-I型(Type-0)以及Type-II型hypervisors区别: - Type-I 型 hypervisor 直接运行在宿主机硬件之上而无需额外的基础操作系统层支撑;典型代表如 Xen 和 VMware ESXi; - 另一方面,Type-II 类型则需依托现有通用目的OS作为承载容器再加载相应驱动程序完成任务处理逻辑链路贯通过程中的角色扮演者们包括但不限于 KVM/VirtualBox等等[^3]. 值得注意的是尽管两者之间存在着显著差异但在实际应用场景当中往往也会相互融合渗透形成更加灵活高效的混合模式方案设计思路实践案例分析报告可供进一步探讨研究方向参考借鉴价值所在之处颇丰值得细细品味揣摩其中奥秘所在焉知非福也未可知矣乎哉! ---
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