Linux veth pair 详解

veth pair是成对出现的一种虚拟网络设备接口,一端连着网络协议栈,一端彼此相连。如下图所示:

virtual-device-veth-1

由于它的这个特性,常常被用于构建虚拟网络拓扑。例如连接两个不同的网络命名空间(netns),连接docker容器,连接网桥(Bridge)等,其中一个很常见的案例就是OpenStack Neutron底层用它来构建非常复杂的网络拓扑。

如何使用?

创建一对veth

ip link add <veth name> type veth peer name <peer name>

实验

我们改造上一节完成的netns实验,使用veth pair将两个的隔离netns连接起来。如下图所示:

https://oss.typesafe.cn/vethpair.png

我们首先创建一对veth设备,将veth设备分别移动到两个netns中并启动。

# 创建一对veth
ip link add veth0 type veth peer name veth1
# 将veth移动到netns中
ip link set veth0 netns ns0
ip link set veth1 netns ns1
# 启动
ip netns exec ns0 ip link set veth0 up
ip netns exec ns1 ip link set veth1 up

接下来我们测试一下。

使用ip netns exec ns0 ping 10.0.0.2在命名空间ns0中测试与tap1的网络连通性。

PING 10.0.0.2 (10.0.0.2) 56(84) bytes of data.
From 10.0.0.1 icmp_seq=1 Destination Host Unreachable
From 10.0.0.1 icmp_seq=2 Destination Host Unreachable
From 10.0.0.1 icmp_seq=3 Destination Host Unreachable
^C
--- 10.0.0.2 ping statistics ---
5 packets transmitted, 0 received, +3 errors, 100% packet loss, time 77ms
pipe 4

使用ip netns exec ns1 ping 10.0.0.1在命名空间ns1中测试与tap0的网络连通性。

PING 10.0.0.1 (10.0.0.1) 56(84) bytes of data.
From 10.0.0.2 icmp_seq=1 Destination Host Unreachable
From 10.0.0.2 icmp_seq=2 Destination Host Unreachable
From 10.0.0.2 icmp_seq=3 Destination Host Unreachable
^C
--- 10.0.0.1 ping statistics ---
4 packets transmitted, 0 received, +3 errors, 100% packet loss, time 108ms
pipe 4

什么情况?为什么网络还是不通呢?答案就是路由配置有问题。

使用ip netns exec ns0 route -n查看ns0的路由表。

Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
10.0.0.0        0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 tap0

使用ip netns exec ns1 route -n查看ns1的路由表。

Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
10.0.0.0        0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 tap1

原来访问10.0.0.0/24的流量都从tap设备发出去了,又因为tap设备没有和其他设备相连,发出去的数据报文不会被处理,因此还是访问不到目标IP,我们来修改一下路由,让访问10.0.0.0/24的流量从veth设备发出。

#修改路由出口为veth
ip netns exec ns0 ip route change 10.0.0.0/24 via 0.0.0.0 dev veth0
ip netns exec ns1 ip route change 10.0.0.0/24 via 0.0.0.0 dev veth1

我们再来看一下路由

使用ip netns exec ns0 route -n查看ns0的路由表。

Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
10.0.0.0        0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 veth0

使用ip netns exec ns1 route -n查看ns1的路由表。

Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
10.0.0.0        0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 veth1

最后我们再来测试一下。

使用ip netns exec ns0 ping 10.0.0.2在命名空间ns0中测试与tap1的网络连通性。

PING 10.0.0.2 (10.0.0.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.031 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.035 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.037 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.043 ms
^C
--- 10.0.0.2 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 103ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.031/0.036/0.043/0.007 ms

使用ip netns exec ns1 ping 10.0.0.1在命名空间ns1中测试与tap0的网络连通性。

PING 10.0.0.1 (10.0.0.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.027 ms
64 bytes from 10.0.0.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.047 ms
64 bytes from 10.0.0.1: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.051 ms
64 bytes from 10.0.0.1: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.042 ms
^C
--- 10.0.0.1 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 66ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.027/0.041/0.051/0.012 ms

可以看到我们使用veth pair将两个隔离的netns成功的连接到了一起。

但是这样的网络拓扑存在一个弊端,随着网络设备的增多,网络连线的复杂度将成倍增长。
如果连接三个netns时,网络连线就成了下图的样子

veth1

而如果连接四个netns时,网络连线就成了下图的样子

veth2

如果有五台设备。。。

有没有什么技术可以解决这个问题呢?答案是有的,Linux Bridge(网桥)。下一节我们将使用网桥来将多个隔离的netns连接起来,这样网络连线就非常清爽了。

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标签: veth pair, linux, network

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