基于virtio的网卡使用.docx
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基于virtio的网卡使用
基于virtio的网卡使用
基于virtio的网卡使用
0.1版
Contents
1.概要
在QEMU中，默认使用的网卡配置为virtio网卡。
virtio本身是一个framework，使用QEMU加上KVM来进行虚拟I/O，概而言之，virtio是半虚拟化hypervisor中位于设备之上的抽象层。
而virtio网卡则是挂载在virtio模拟的pci总线上的一个虚拟网卡。
在虚拟机开发中一般推荐使用virtio网卡，因为virtio网卡是在虚拟化中速度最快、功能最全面的虚拟网卡。
2.使用virtio的前提
使用virtio需要Guest虚拟机的kernel和Host机的kernel包含相应的驱动，virtio驱动包含前段和后端，也就是说需要在Host的Kernel中添加Back-end的驱动，并在Guest的kernel中添加Front-end的驱动。
2.1前端驱动
Guest机使用的kernel在编译时（makemenuconfig）需要添加如下选项：
[*]Virtualization--->
<*>PCIdriverforvirtiodevices
DeviceDrivers--->
[*]Networkdevicesupport--->
<*>Virtionetworkdriver
DeviceDrivers--->
[*]Blockdevices--->
<*>Virtioblockdriver
第一个选项是在内核中添加virtioPCI驱动，第二个选项时再内核中添加virtio网卡驱动，第三个选项时为了支持virtio的块设备驱动，如virtio硬盘等。
上面是使用virtio所需要选择的最小选项集，另外还可以选择的有：
[*]Virtualization--->
<*>Virtioballoondriver（EXPERIMENTAL）
[*]KVMsupportforPowerPCE500processors
2.2后端驱动
由于Guest使用virtio网卡与外部通讯，所以通讯方式一般选用桥接方式，而为了支持桥接模式，Host机使用的kernel必须支持一下选项：
Networkingsupport--->
Networkingoptions--->
<*>802.1dEthernetBridging
DeviceDrivers--->
[*]Networkdevicesupport--->
<*>UniversalTUN/TAPdevicedriversupport
第一个选项是为了支持桥接模式，第二个选项时为了使用TUN和TAP的功能，其中TUN主要用于NAT穿越，TAP主要用于Host机与Guest虚拟机之间的网络。
2.3使用QEMU创建virtio网卡
qemu-system-ppc-netnic,model=virtio,macaddr=00:
0B:
5D:
99:
82:
2B
其中-netnic为QEMU中创建网卡的选项，model指定为使用virtio网卡，macaddr是指定网卡的MAC地址，以防止创建多个虚拟机时产生MAC地址冲突。
在成功使用virtio网卡之后，Guest虚拟机中会生成指定的网卡数量，使用ifconfig-a查看创建的网卡
3virtio网卡的使用场景
网卡的使用范围一般分为Host机与Guest虚拟机通讯、Guest虚拟机与Guest虚拟机通讯、Guest虚拟机通过Host与外部网络通讯。
目前QEMU支持三种方式的网络连接，分别是NAT、TAP、Bridge。
NAT方式是QEMU默认的网络连接方式，使用这种方式创建的Guest虚拟机只能与外部网络通讯，而无法与Host机以及Host机所在局域网中的其他机器通讯。
使用TAP方式连接相当于vmware中的Host-only，使用这种方法创建的Guest虚拟机只能与Host机通讯，处在一个封闭的环境中，多用于调试使用。
使用Bridge方式连接首先要通过TAP方式创建网卡，然后通过另一个桥接网卡使Guest虚拟机与外部通讯。
3.1Guest虚拟机与Host机通讯
主要使用TAP方式来使Guest虚拟机与Host机通讯，步骤如下：
1.创建两个用于TAP启动/关闭的脚本，用于在Host机上创建一个虚拟网卡，例如
qemu-ifup中使用ifconfig命令创建网卡，$1为传入的参数，默认为tap0，也可以在QEMU命令行-nettap,ifname=tap0指定。
#!
/bin/sh
/sbin/ifconfig$1192.168.1.1netmask255.255.255.0up
sleep2
qemu-ifdown中使用ifconfig命令来关闭虚拟网卡
#!
/bin/sh
/sbin/ifconfig$1down
sleep2
2.使用QEMU启动Guest虚拟机
由于ifconfig创建网卡需要管理员权限，所以用户在使用TAP方式启动网卡时需要使用sudo命令或者本身是管理员root。
sudo/home/shir/install/qemu/bin/qemu-system-ppc-Mmpc8544ds-nographic-kerneluImage-append"root=/dev/ramrwrdinit=/linuxrc"-initrdinitrd-small-netnic,model=virtio,macaddr=00:
0B:
5D:
99:
82:
2A-nettap,script=/home/shir/install/qemu-if/qemu-ifup,downscript=/home/shir/install/qemu-if/qemu-ifdown-m512
这里主要关注两个选项
-netnic用于创建网卡，model指定为使用virtio网卡,macaddr是指定网卡的MAC地址，以防止创建多个虚拟机时产生MAC地址冲突。
-nettap指定使用TAP方式启动，script指向tap网卡的启动脚本，downscript指向tap网卡的关闭脚本，在运行时尽量指定downscript，否则在虚拟机关闭后任然有tap网卡存在。
Guest虚拟机启动后，使用ifconfig-a发现会有网卡eth0存在。
3.设置网卡IP地址
eth0的IP地址网段必须和tap网卡的IP处于同一网段，如启动时tap网卡IP为192.168.1.1，则可以配置eth0为192.168.1.10。
然后使用ping命令可以看到，Guest虚拟机已经可以和Host机通过网卡通讯了。
3.2Guest虚拟机通过Host与外部网络通讯
为了使Guest虚拟机能通过Host与外部网络通讯，需要使用Bridge模式，原理即是使用桥接网卡在虚拟机之间建立一个通道，步骤如下：
1.使用QEMU启动Guest虚拟机
sudoqemu-system-ppc-Mmpc8544ds-nographic-kerneluImage-initrdinitrd-small-netnic,model=virtio,macaddr=00:
0B:
5D:
99:
82:
2A-nettap,script=/home/shir/install/qemu-if/qemu-ifup,downscript=/home/shir/install/qemu-if/qemu-ifdown-m512
和3.1Guest虚拟机与Host机通讯中描述的一样，使用TAP方式创建网卡。
2.配置文件方式创建桥接网卡
由于桥接网卡是一个虚拟网卡，所以可以使用配置，也可以使用命令行来配置。
如果使用配置文件，则首先编译Host机中真实网卡eth0的配置文件：
编译/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0，主要修改就是注释掉UUID，IPADDR，GATEWAY，修改BOOTPROTO为none（表示不使用网络服务，static为使用静态IP，dpch为使用dhcp分配的IP），添加BRIDGE（指定在eth0和桥接网卡br0之间建立一个桥接）。
DEVICE="eth0"
HWADDR="00:
21:
86:
13:
A6:
9A"
NM_CONTROLLED="no"
TYPE="Ethernet"
#UUID="00c3a007-4b84-4abe-8cdb-8142133a8c19"
BOOTPROTO=none
#IPADDR="10.167.141.218"
#GATEWAY="10.167.141.1"
BRIDGE=br0
添加一个新的桥接网卡的配置文件：
编辑/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0，添加如下配置
DEVICE=br0
ONBOOT=yes
TYPE=Bridge
BOOTPROTO=static
IPADDR=10.167.141.218
GATEWAY=10.167.141.1
DEVICE为设备名字，ONBOOT指定是否在网络重启时自动启动该网卡，TYPE为网络类型，这里是桥接模式，BOOTPROTO表示IP的分配形式，这里为静态IP，IPADDR指定IP地址，GATEWAY指定网关。
一般配置桥接网卡br0的IP地址为原来网卡eth0的IP地址，这样可以保证外部任然可以使用原来的IP地址访问Host。
添加完配置文件之后需要重启网络服务
servicenetworkrestart
网络服务重启后会生成一个br0的桥接网卡，这样可以使用br0与外部通讯了。
3.手动创建桥接网卡
#先使原来的网卡失效；
sudoifdowneth0
#添加桥接网卡br0并使它生效；
sudobrctladdbrbr0
sudoifconfigbr0up
#配置桥接网卡的IP地址，使用桥来代替原来的网卡，这样xshell等telnet工具可以使用原来的IP地址登陆Host机
sudoifconfigbr010.168.141.218
使用手动创建的桥接网卡和用脚本创建的桥接网卡效果是一样的，不同的是使用手动创建的桥接网卡不需要重启网络服务就可以使用，但是在Host机器重启后配置的网卡会失效，所以需要保存到启动文件中，使Host机器在重启时能自动配置。
4.桥接网卡创建成功后需要配置桥接，才能使虚拟机与虚拟机之间进行通讯
使用桥来连接eth0和tap0，这样虚拟机就能通过tap0和外界通讯了，而且由于使用的是tap方式，虚拟机也还是可以和主机通讯
sudobrctladdifbr0eth0
5.配置Guest虚拟机
当桥接配置完后，需要设置Guest机器的网卡eth0的IP地址，eth0的IP地址网段必须和外部网络的IP处于同一网段，如测试Guest虚拟机与Host网络中的另外一台机器进行通讯，其中，Host的IP为10.167.141.218.Host网络中另外一台机器的IP为10.167.141.216，Guest虚拟机的IP设置为10.167.141.215，测试结果如下：
测试结果为：
Guest虚拟机可以与主机通讯；
Guest虚拟机可以与主机的网络通讯。
3.3Guest虚拟机与Guest虚拟机通讯
Guest虚拟机之间的通讯原理和Guest虚拟机与外部网络通讯的原理一样，也是使用一个桥接网卡搭建一个虚拟机与虚拟机之间的桥接。
1.使用TAP方式启动两个虚拟机
先启动虚拟机1，启动成功后，Host机上会创建一个tap0网卡
sudoqemu-system-ppc-Mmpc8544ds-nographic-kerneluImage-initrdinitrd-small-netnic,model=virtio,macaddr=00:
0B:
5D:
99:
82:
2A-nettap,script=/home/shir/install/qemu-if/qemu-ifup,downscript=/home/shir/install/qemu-if/qemu-ifdown-m512
先启动虚拟机2，启动成功后，Host机上会创建一个tap1网卡
sudoqemu-system-ppc-Mmpc8544ds-nographic-kerneluImage-initrdinitrd-small-netnic,model=virtio,macaddr=00:
0B:
5D:
99:
82:
2B-nettap,script=/home/shir/install/qemu-if/qemu-ifup,downscript=/home/shir/install/qemu-if/qemu-ifdown-m512
需要注意的是两个虚拟机所使用的网卡要配置不同的MAC地址，tap网卡的地址不能相同。
2.创建桥接网卡
创建桥接网卡的方式和4.2.9.3.2.2Guest虚拟机通过Host与外部网络通讯中方法相同。
3.添加桥接
桥接网卡中添加网桥网卡br0到tap0网卡的接口（这一步如果已经配置，则可以跳过）
sudobrctladdifbr0tap0
桥接网卡中添加网桥网卡br0到tap1网卡的接口
sudobrctladdifbr0tap1
4.配置Guest虚拟机
当桥接配置完后，需要设置每个Guest虚拟机的网卡eth0的IP地址，各个虚拟机中的网卡的IP地址网段必须处于同一网段，如测试Guest虚拟机与Guest虚拟机进行通讯，其中，Guest虚拟机1的IP为192.168.1.10，Guest虚拟机1的IP为192.168.1.11，测试结果如下：
测试结果为：
Guest虚拟机1可以和Guest虚拟机2通讯；
Guest虚拟机2可以和Guest虚拟机1通讯。
4使用virtio的效果分析
当Guest机只需要和外部通讯时，一般使用NAT方式，因为这是QEMU默认的联网方式，功能单一；
当Guest机只需要和Host机通讯时，一般使用TAP方式。
当Guest机同时需要和Guest机通讯、和Host通讯、和外部网络通讯方式中的两种或者两种以上的方式，则使用Bridge方式，这是目前QEMU支持的最强大的通讯方式，使用4.2.9.3.2.1Guest虚拟机与Host机通讯、4.2.9.3.2.2Guest虚拟机通过Host与外部网络通讯、4.2.9.3.2.3Guest虚拟机与Guest虚拟机通讯中说明的步骤，可以同时实现所有功能，且不会相互干扰。
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