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Linux Namespace(网络命名空间)系列二 --- 使用 Open vSwitch 和网络命名空间搭建虚拟网络

news 来源：原创 2025/5/13 16:59:30

文章目录

  • 步骤 1：查看初始网络接口
  • 步骤 2：创建网络命名空间
  • 步骤 3：检查命名空间网络接口并创建 OVS 桥
  • 步骤 4：创建虚拟以太网对（veth）
  • 步骤 5：将 veth 接口分配到命名空间
  • 步骤 6：将 veth 接口连接到 OVS 桥
  • 步骤 7：配置命名空间中的接口
  • 步骤 8：启用主机端的 veth 接口
  • 步骤 9：测试连通性
  • 总结

在这篇文章中，我将分享一个基于 Linux 网络命名空间（network namespace）和 Open vSwitch（OVS）搭建简单虚拟网络的实验过程。通过这个实验，我们可以创建一个桥接网络，并在两个独立的命名空间中实现通信。以下是我的实验步骤和相关输出，供大家参考。
以下将是我们将利用namespace结合open vSwitch实现的拓扑图: 

+---------------------------------------+
|               Host                    |
|                                       |
|       +---------------------+         |
|       |       OVS1          |         |
|       | (Open vSwitch Bridge)|        |
|       +---------------------+         |
|       |                     |         |
|       | Port: veth-r  Port: veth-g    |
|       +----------+  +----------+     |
|                  |  |                 |
+---------------------------------------+
                   |  |
                   |  |
                   |  |
+--------------------+ +--------------------+
|   red Namespace     | |   green Namespace  |
|                     | |                    |
|   +-------------+   | |   +-------------+  |
|   |   eth0-r    |   | |   |   eth0-g    |  |
|   | 10.0.0.1/24 |   | |   | 10.0.0.2/24 |  |
|   +-------------+   | |   +-------------+  |
|   (veth pair end)   | |   (veth pair end) |
+---------------------+ +--------------------+

步骤 1：查看初始网络接口

首先，我使用 ip link 查看了主机的初始网络接口状态：

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: enp0s3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 08:00:27:aa:ab:98 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

可以看到，主机有一个环回接口 lo 和一个物理接口 enp0s3，状态正常。

步骤 2：创建网络命名空间

接下来，我创建了两个网络命名空间，分别命名为 red 和 green：

ip netns add red
ip netns add green
ip netns list

输出显示：

red
green

通过 ls /var/run/netns 确认命名空间已创建成功：

green  red

步骤 3：检查命名空间网络接口并创建 OVS 桥

在每个命名空间中运行 ip link，查看初始网络接口：

ip netns exec red ip link
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
ip netns exec green ip link
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

此时，每个命名空间只有一个未启用的环回接口 lo。
然后，我使用 Open vSwitch 创建了一个名为 OVS1 的桥：

ovs-vsctl add-br OVS1
ovs-vsctl list-br

输出：

OVS1

通过 ovs-vsctl show 查看桥的详细信息：

b1223b21-2efa-4147-bea2-8faa93333652
    Bridge OVS1
        Port OVS1
            Interface OVS1
                type: internal
    ovs_version: "3.3.0"

b1223b21-2efa-4147-bea2-8faa93333652
    Bridge OVS1
        Port OVS1
            Interface OVS1
                type: internal
    ovs_version: "3.3.0"

此时，主机上的 ip link 输出多了 OVS 相关接口：

ip link
.....
7: ovs-system: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 62:a1:7e:64:33:91 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
8: OVS1: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 1a:ec:89:a4:14:4a brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

步骤 4：创建虚拟以太网对（veth）

我创建了两对虚拟以太网（veth）接口，分别用于 red 和 green 命名空间：

ip link add eth0-r type veth peer name veth-r
ip link add eth0-g type veth peer name veth-g

运行 ip link 查看：

9: veth-r@eth0-r: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether ba:bc:94:a6:03:78 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
10: eth0-r@veth-r: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 16:41:f4:6c:6e:2c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
11: veth-g@eth0-g: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 12:2b:52:27:b7:a8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
12: eth0-g@veth-g: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether ea:21:4a:e2:eb:20 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

每对 veth 接口包含两个端点，例如 veth-r 和 eth0-r 是互连的。

步骤 5：将 veth 接口分配到命名空间

将 eth0-r 和 eth0-g 分别移动到 red 和 green 命名空间：

ip link set eth0-r netns red
ip link set eth0-g netns green

主机上的 ip link 输出显示：

9: veth-r@if10: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether ba:bc:94:a6:03:78 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns red
11: veth-g@if12: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 12:2b:52:27:b7:a8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns green

在命名空间中检查：

ip netns exec red ip link
10: eth0-r@if9: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 16:41:f4:6c:6e:2c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
ip netns exec green ip link
12: eth0-g@if11: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether ea:21:4a:e2:eb:20 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0

步骤 6：将 veth 接口连接到 OVS 桥

将主机端的 veth-r 和 veth-g 添加到 OVS1 桥：

ovs-vsctl add-port OVS1 veth-r
ovs-vsctl add-port OVS1 veth-g

查看 OVS 配置：

b1223b21-2efa-4147-bea2-8faa93333652
    Bridge OVS1
        Port veth-g
            Interface veth-g
        Port veth-r
            Interface veth-r
        Port OVS1
            Interface OVS1
                type: internal

主机 ip link 输出显示接口已绑定到 ovs-system：

9: veth-r@if10: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop master ovs-system state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether ba:bc:94:a6:03:78 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns red
11: veth-g@if12: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop master ovs-system state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 12:2b:52:27:b7:a8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns green

步骤 7：配置命名空间中的接口

在 red 命名空间中启用接口并分配 IP：

ip netns exec red ip link set dev eth0-r up
ip netns exec red ip address add 10.0.0.1/24 dev eth0-r

检查：

ip netns exec red ip a
10: eth0-r@if9: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state LOWERLAYERDOWN group default qlen 1000
    inet 10.0.0.1/24 scope global eth0-r

在 green 命名空间中执行类似操作：

ip netns exec green ip link set dev lo up
ip netns exec green ip link set dev eth0-g up
ip netns exec green ip address add 10.0.0.2/24 dev eth0-g

检查：

ip netns exec green ip a
12: eth0-g@if11: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state LOWERLAYERDOWN group default qlen 1000
    inet 10.0.0.2/24 scope global eth0-g

步骤 8：启用主机端的 veth 接口

在主机上启用 veth-r 和 veth-g：

ip link set veth-r up
ip link set veth-g up

检查状态：

9: veth-r@if10: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue master ovs-system state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
11: veth-g@if12: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue master ovs-system state UP mode DEFAULT group default qlen 1000

命名空间中的接口状态也变为 UP：

ip netns exec red ip link
10: eth0-r@if9: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
ip netns exec green ip link
12: eth0-g@if11: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP mode DEFAULT group default qlen 1000

步骤 9：测试连通性

在 green 命名空间中 ping 10.0.0.2（自身 IP），验证接口正常：

ip netns exec red ping 10.0.0.2
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=0.546 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.082 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.089 ms

结果显示 ping 成功。

总结

通过以上步骤，我成功搭建了一个基于 OVS 和网络命名空间的简单虚拟网络。red 和 green 两个命名空间通过 veth 接口和 OVS 桥连接，接口状态正常。

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