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？

• 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
////////////　 ////////////　　　　
   ↓　　　　　　   ↓
//////////////////////////////////////////////////　【ホストLinux】
   ↓              ↓
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)
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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

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
////////////　 ////////////　　　　
   ↓　　　　　　   ↓
//////////////////////////////////////////////////　【ホストLinux】
   ↓              ↓
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

# 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？

• 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, …)

• 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, …)

• 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