安裝虛擬網絡卡有什麼用（什麼叫網絡卡虛擬化）

2023-03-21 16:10:59

01 macvlan 簡介

前面的文章講過了幾種 Linux 虛擬網路裝置：tap/tun、veth-pair、bridge，它們本質上是 Linux 系統提供的網路虛擬化解決方案，今天要講的 macvlan 也是其中的一種，準確說這是一種網絡卡虛擬化的解決方案。因為 macvlan 這種技術能將一塊物理網絡卡虛擬成多塊虛擬網絡卡，相當於物理網絡卡施展了多重影分身之術，由一個變多個。

02 macvlan 的工作原理

macvlan 是 Linux kernel 支援的新特性，支援的版本有 v3.9-3.19 和 4.0 ，比較穩定的版本推薦 4.0 。它一般是以核心模組的形式存在，我們可以通過以下方法判斷當前系統是否支援：

# modprobe macvlan # lsmod | grep macvlan macvlan 24576 0

如果第一個命令報錯，或者第二個命令沒有返回，說明當前系統不支援 macvlan，需要升級核心。

macvlan 這種技術聽起來有點像 VLAN，但它們的實現機制是完全不一樣的。macvlan 子介面和原來的主介面是完全獨立的，可以單獨配置 MAC 地址和 IP 地址，而 VLAN 子介面和主介面共用相同的 MAC 地址。VLAN 用來劃分廣播域，而 macvlan 共享同一個廣播域。

通過不同的子介面，macvlan 也能做到流量的隔離。macvlan 會根據收到包的目的 MAC 地址判斷這個包需要交給哪個虛擬網絡卡，虛擬網絡卡再把包交給上層的協議棧處理。

03 四種模式

根據 macvlan 子介面之間的通訊模式，macvlan 有四種網路模式：

private 模式
vepa(virtual ethernet port aggregator) 模式
bridge 模式
passthru 模式

預設使用的是 vepa 模式。

3.1 private

這種模式下，同一主介面下的子介面之間彼此隔離，不能通訊。即使從外部的物理交換機導流，也會被無情地丟掉。

3.2 vepa

這種模式下，子介面之間的通訊流量需要導到外部支援 802.1Qbg/VPEA 功能的交換機上(可以是物理的或者虛擬的)，經由外部交換機轉發，再繞回來。

注： 802.1Qbg/VPEA 功能簡單說就是交換機要支援髮夾(hairpin) 功能，也就是資料包從一個介面上收上來之後還能再扔回去。

3.3 bridge

這種模式下，模擬的是 Linux bridge 的功能，但比 bridge 要好的一點是每個介面的 MAC 地址是已知的，不用學習。所以，這種模式下，子介面之間就是直接可以通訊的。

3.4 passthru

這種模式，只允許單個子介面連線主介面，且必須設定成混雜模式，一般用於子介面橋接和建立 VLAN 子介面的場景。

3.5 mactap

和 macvlan 相似的技術還有一種是 mactap。和 macvlan 不同的是，mactap 收到包之後不是交給協議棧，而是交給一個 tapX 檔案，然後通過這個檔案，完成和使用者態的直接通訊。

04 實踐

在 Linux 系統下，建立 macvlan 的命令形式如下：

ip link add link DEVICE name NAME type { macvlan | macvtap } mode { private | vepa | bridge | passthru [ nopromisc ] }

通常，單獨使用 macvlan 毫無意義，一般都是結合 VM 和容器來構建網路。下面我們就簡單使用 namespace 來看看 Linux 是怎麼使用 macvlan 的。

實驗拓撲如下：

在我的系統中，以介面 enp0s8 為例建立兩個 macvlan 子介面(使用 bridge 模式)，配置 IP 並將其掛到兩個 namespace 中，測試連通性。

# 建立兩個 macvlan 子介面 ip link add link enp0s8 dev mac1 type macvlan mode bridge ip link add link enp0s8 dev mac2 type macvlan mode bridge # 建立兩個 namespace ip netns add ns1 ip netns add ns2 # 將兩個子介面分別掛到兩個 namespace 中 ip link set mac1 netns ns1 ip link set mac2 netns ns2 # 配置 IP 並啟用 ip netns exec ns1 ip a a 192.168.56.122/24 dev mac1 ip netns exec ns1 ip l s mac1 up ip netns exec ns1 ip a a 192.168.56.123/24 dev mac2 ip netns exec ns2 ip l s mac2 up

注： enp0s8 的 IP 是 192.168.56.110/24，配置的子介面 IP 也必須是同一網段的。

完了兩個子介面 ping 一下：

root@ubuntu:~# ip netns exec ns1 ip a show mac1 9: mac1@if3: mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1 link/ether 2e:6e:d9:08:c5:05 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0 inet 192.168.56.122/24 scope global mac1 valid_lft forever preferred_lft forever inet6 fe80::2c6e:d9ff:fe08:c505/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever root@ubuntu:~# ip netns exec ns1 ping 192.168.56.123 PING 192.168.56.123 (192.168.56.123) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.56.123: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.052 ms 64 bytes from 192.168.56.123: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.028 ms ^C --- 192.168.56.123 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1000ms rtt min/avg/max/mdev = 0.028/0.040/0.052/0.012 ms

可以看到，能夠 ping 通，如果把上面的 mode 換成其他模式就行不通了，這個就留給大家去實驗了(預設是 vepa 模式)。

另外，在 docker 中，macvlan 是一種較為重要的跨主機網路模型，這塊的內容就留作下篇文章再做講解了。

05 總結

macvlan 是一種網絡卡虛擬化技術，能夠將一張網絡卡虛擬出多張網絡卡。

macvlan 的四種通訊模式，常用模式是 bridge。

思考一下：

macvlan bridge 和 bridge 的異同點?
還有一種類似的技術，多張虛擬網絡卡共享相同 MAC 地址，但有獨立的 IP 地址，這是什麼技術?

本文轉載自微信公眾號「 Linux雲端計算網路(ID：cloud_dev)」

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