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CentOSのKVMで使う仮想ネットワークについて調べてみた

はじめに

CentOSのKVMで使う仮想ネットワークについて調べてみました

まとめ

  • 仮想マシンをネットワークに接続するにはvirbr0またはbr0の仮想ブリッジを作成する必要がある
  • 仮想ブリッジとは仮想スイッチ
  • 仮想ブリッジの種類は2種類。virbr0とbr0
    • vibr0よりはbr0がよく使われていて、その場合vibr0は削除することが多い
  • ip aで見えるvnetXとは
    • Tapデバイスのこと。ブリッジ(仮想スイッチ)のポートのようなイメージ
  • 仮想ブリッジと物理NICの接続
    • ifcfg-eth0ファイルを編集することでbr0仮想ブリッジとeth0を接続する

仮想ネットワークの概要

KVMではホストLinuxの仮想ブリッジ機能を利用して仮想ネットワークを構成します。
仮想ブリッジは,ホストLinux上に仮想的なL2スイッチを構成する機能です。
複数の仮想ブリッジを構成することも可能です。

イメージ

【仮想マシン】【仮想マシン】
////////////  //////////// 
  プロセス     プロセス
     ↓         ↓
  仮想NIC         仮想NIC
////////////  ////////////    
   ↓           ↓
////////////////////////////////////////////////// 【ホストLinux】
   ↓                ↓
TAPデバイス    TAPデバイス   
   ↓           ↓
###########仮想ブリッジ############# virbr0/br0 **仮想的なL2スイッチ**
         ↓  iptables (virbr0) or ブリッジ接続 (br0)
          物理NIC(eth0)
//////////////////////////////////////////////////

仮想マシンをネットワークに接続するにはvirbr0またはbr0の仮想ブリッジを作成する必要がある

仮想ブリッジとは?

https://gihyo.jp/admin/serial/01/ibm_kvm/0003#:~:targetText=%E4%BB%8A%E5%9B%9E%E3%81%AFKVM%E3%81%AE%E4%BB%AE%E6%83%B3,%E3%81%99%E3%82%8B%E3%81%93%E3%81%A8%E3%82%82%E5%8F%AF%E8%83%BD%E3%81%A7%E3%81%99%E3%80%82

  • 仮想ブリッジは,ホストLinux上に仮想的なL2スイッチを構成する機能
  • ホストOSのネットワークをブリッジ化するとは?
    • 仮想マシンとホストLinuxのネットワークを共有すること
    • ホストOSをインストールしたとき、そのネットワークインターフェースはeth0になっています
    • これをホストOSとゲストOSで共有するために、仮想的なブリッジをホストOSに作ってeth0を接続する方法に切り替えます。

virbr0、br0とは?

  • 仮想ブリッジの名前
  • 違い

virbr0とは?

  • virbr0 とは仮想環境でNAT 変換の役割を行う仮想ブリッジ
  • KVM仮想環境を構築する場合に標準で導入

http://tooljp.com/linux/Redhat7/faqRedhat7/html/what-is-virbr.html
https://www.orangetakam.com/blog/?p=1034

vibr0の構成

  • 仮想ブリッジから物理NICにiptablesで向けている
  • iptablesのNAT(IPマスカレード)機能を利用
  • 仮想ブリッジに対してIPアドレスをアサインして,仮想マシンのゲストOSでは,これをデフォルトゲートウェイに指定
  • このゲートウェイに到達したパケットについては,送信元IPアドレスを物理NICのIPアドレスに変換して外部ネットワークに送出
  • 仮想ブリッジに接続された仮想マシン全体は,外部のネットワークとは独立したプライベート・ネットワークを構成
  • 仮想マシンから外部のサーバに接続することは可能ですが,仮想マシン上のサーバ・アプリケーションに外部から接続することはできません
  • vibr0はlibvirtdサービスが管理しており,virt-managerから追加/削除などの管理作業する
  • ホストLinux上で稼働するdnsmasqプロセスにより,DHCPサーバとDNSサーバの機能が提供されます。ゲストOSのIPアドレスをDHCPで自動設定することが可能です。また,外部ネットワークとの接続に必要なiptablesの設定は,libvirtdサービスが起動したタイミングで自動的に行われます。

イメージ

【仮想マシン】【仮想マシン】
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 プロセス      プロセス
   ↓          ↓
 仮想NIC         仮想NIC
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   ↓         ↓
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   ↓              ↓
TAPデバイス  TAPデバイス   
   ↓         ↓
###########仮想ブリッジ############# virbr0 **仮想的なL2スイッチ**
         ↓  iptables (virbr0) 
          物理NIC(eth0)
//////////////////////////////////////////////////

https://gihyo.jp/admin/serial/01/ibm_kvm/0003#:~:targetText=%E4%BB%8A%E5%9B%9E%E3%81%AFKVM%E3%81%AE%E4%BB%AE%E6%83%B3,%E3%81%99%E3%82%8B%E3%81%93%E3%81%A8%E3%82%82%E5%8F%AF%E8%83%BD%E3%81%A7%E3%81%99%E3%80%82

br0とは?

  • vibr0と同じく仮想マシンをネットワークに接続するための仮想スイッチ
  • 標準では作成されていない
  • vibr0よりはbr0がよく使われている

ホストLinuxの物理NICを仮想ブリッジに接続する構成

  • ホストLinuxのネットワーク設定ファイルを直接に編集する必要

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【仮想マシン】【仮想マシン】
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 プロセス    プロセス
   ↓        ↓
 仮想NIC         仮想NIC
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   ↓         ↓
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   ↓              ↓
TAPデバイス   TAPデバイス   
   ↓         ↓
###########仮想ブリッジ############# br0 **仮想的なL2スイッチ**
         |  接続 
          物理NIC(eth0)
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br0ブリッジの作成

nmcliで作成

https://enakai00.hatenablog.com/entry/20141121/1416551748

# nmcli con add type bridge ifname br0
# nmcli con modify bridge-br0 bridge.stp no
# nmcli con modify bridge-br0 ipv4.method manual ipv4.address "192.168.199.100/24" ipv4.gateway "192.168.199.254"

KVMホストの物理ポートenp0s25をブリッジに接続します。

# nmcli con add type bridge-slave ifname enp0s25 master bridge-br0

ゲストOSをブリッジに接続する
仮想マシンのGUIから設定

手動で作成

ifcfg-br0を作成

$ cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0
TYPE="Bridge"    ### 
BOOTPROTO="dhcp"
DEFROUTE="yes"
PEERDNS="yes"
PEERROUTES="yes"
IPV4_FAILURE_FATAL="no"
IPV6INIT="yes"
IPV6_AUTOCONF="yes"
IPV6_DEFROUTE="yes"
IPV6_PEERDNS="yes"
IPV6_PEERROUTES="yes"
IPV6_FAILURE_FATAL="no"
NAME="br0"
DEVICE="br0"
ONBOOT="yes"

br0仮想ブリッジとeth0を接続する

ifcfg-eth0の設定

$ cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
TYPE="Ethernet"
HWADDR="52:54:00:xx:xx:xx"
NAME="eth0"
DEVICE="eth0"
ONBOOT="yes"
BRIDGE="br0"

TAPデバイスとは?

https://ja.wikipedia.org/wiki/TUN/TAP

  • TUN/TAPは仮想ネットワークデバイス及びそのデバイスドライバの実装およびデバイス名
  • TAP(Terminal Access Point) は、イーサネットデバイスをシミュレートし、データリンク層を操作できる。
  • TUN(TUNnel) はネットワーク層をシミュレートし、IPパケットなどを操作できる

OSがTUN/TAPデバイスに送ったパケットは、そのデバイスに接続しているユーザープログラムに送信される。
また、ユーザープログラムからTUN/TAPデバイスに送られたパケットは、TUN/TAPデバイスはそれらのパケットをOSのプロトコルスタックに渡すので、
OS側からはあたかも外部からパケットを受け取ったように見える。
用途としては、たとえばTAPはブリッジに使われ、TUNはルーティングに使われる。

ブリッジ(仮想スイッチ)のポートのようなイメージ

OSがTUN/TAPデバイスに送ったパケットは、そのデバイスに接続しているユーザープログラムに送信される。

自分で投げたデータがそのまま自分のOSに届くような動作をするデバイスなのですね。
デバイスとしてそういう動作をするものを用意しておくと、プロセスから見ると便利な場面が多々あるという事かな。

TAPはL2で動作する仮想デバイス。
例えば、仮想ブリッジはL2だけで動作するものなので作成した時のポートにはTAPデバイスを追加していく。

TUNはL3で動作する仮想デバイス。
L3つまりIP層で動作する。なのでRubyの例の様なトンネルデバイスを作成する場合に利用する。

vnetX (X = 1, 2, …)

https://www.virment.com/kvm-configuration/

  • 仮想マシンとホストマシンが通信するために使用するTAPデバイスです
  • ホストLINUX側からみたTAPデバイス

virbrY (Y = 1, 2, …)

https://www.virment.com/kvm-configuration/

  • 仮想スイッチです。仮想ネットワークの作成順に連番が振られていきます
  • KVMをインストールした時点では、virbr0がデフォルトで作成されています
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