KVM虚拟化技术之virt-manager使用及KVM虚拟化平台网络模型介绍

一.使用virt-manager创建和管理虚拟机

1.使用VNC Viewer连接进入虚拟化平台主机

2.打开终端输入virt-manager命令启动virt-manager虚拟机管理界面

#virt-manager

3.通过virt-manager安装CentOS 6.6的虚拟机

点击如图所示图标新建虚拟机：

选择PXE引导，我的网络内存在一个系统自动化部署服务器：

选择操作系统类型和版本：

设置内存和CPU个数：

设置硬盘大小，这里采用动态扩展磁盘空间方式：

忽略这个错误，由于是虚拟磁盘，不用担心空间，只需要保证系统空间不会超过物理磁盘实际空间：

勾选选项是可以查看配置在安装前：

我们可以在这个界面进行设置，我这里就不设置了，直接点击Begin Installation：

我们选择安装个基本的系统：

进入安装了：

可以观察安装时Virt-manager界面的情况：

可以知晓虚拟机正在运行，可以查看CPU的使用情况：

安装完成后如图；

 关闭虚拟机，在虚拟机输入关机指令即可将虚拟机关闭；

基于virt-manager创建管理虚拟机就完成了，很简单的。

下面的实验我们还是使用cirros轻量级的linux系统。

 二.KVM虚拟化平台的网络模型

1.网络模型介绍

一般虚拟机虚拟网络的设置主要包括三种方式。主要如下：

  NAT模式

   也有人称此种模式为host模式。在这种模式下虚拟机可以理解成没有自己的独立网卡。所有访问虚拟机的请求其实是直接发送给宿主机，然后通过访问宿主机转发到虚拟机上的。相应的虚拟机访问其他网络，也是先转发到宿主机然后在转发出去。对于宿主机之外的网络，是不知道该虚拟机存在的。

 Bridge模式

  桥接模式是使用比较多的模式，它是虚拟机拥有自己的独立网卡和IP，然后通过借用宿主机的网卡对外连接网络。它把宿主机的网卡当作了一种桥，通过这个桥连接外网的世界。在这种模式下，可以简单的理解成虚拟机和宿主机是两个不同的机器，有独立IP可以相互访问。对于虚拟机的IP获取，一般可以直接指定也可以通过DHCP获取得到。

 Internal模式（host-only)

  这个是把虚拟机之间的网络和主机的网络隔离开来。虚拟机是一片网络，主机也是一片网络，彼此之间不能相互访问。

桥接模型我们前面使用的很多例子，我这里就不做介绍了，我重点介绍一下host-only模型和NAT模型。

2.host-only模式实例
1）.我们创建一个host-only的桥设备，将虚拟机之间的网络和KVM虚拟化平台宿主机隔离开来；

# brctl addbr isolationbr

查看桥设备：

# brctl show
bridge name   bridge id        STP enabled   interfaces
br0       8000.000c293e6326    yes       eth0
isolationbr       8000.000000000000    no
virbr0     8000.525400305441    yes       virbr0-nic

但是这个桥设备是未激活的，我们需要使用ip命令激活桥设备：

# ip link set isolationbr up

激活后查看我们的桥设备：

# ip link show
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu65536 qdisc noqueue state UNKNOWN
  link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: eth0:<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen1000
  link/ether 00:0c:29:3e:63:26 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
3: br0:<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN
  link/ether 00:0c:29:3e:63:26 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
4: virbr0:<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN
  link/ether 52:54:00:30:54:41 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
5: virbr0-nic: <BROADCAST,MULTICAST>mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 500
  link/ether 52:54:00:30:54:41 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
16: isolationbr:<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN
  link/ether 6e:5e:8d:39:56:b5 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
17: vnet1:<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UNKNOWNqlen 500
  link/ether 3a:ce:49:1d:f4:a3 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
18: vnet2:<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UNKNOWNqlen 500
  link/ether 62:fc:96:5c:1f:7d brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

2）.启动两个虚拟机：
第一台cirros虚拟机：

代码如下：

# qemu-kvm -m 128 -name cirros1 -drive file=/kvm/images/cirros-0.3.0-x86_64-disk.img,media=disk,format=qcow2,if=ide -net nic -net tap,ifname=vnet1,script=/etc/qemu-ifup,downscript=/etc/qemu-ifdown -boot c -daemonize

启动后从vncviewer登录如图：

第二台cirros虚拟机，启动时需要指定mac地址；

代码如下：

# qemu-kvm -m 128 -name cirros2 -drive file=/kvm/images/cirros-0.3.0-x86_64-disk2.img,media=disk,format=qcow2,if=ide -net nic,macaddr=52:54:00:65:43:21 -net tap,ifname=vnet2,script=/etc/qemu-ifup,downscript=/etc/qemu-ifdown -boot c -daemonize

启动后从vncviewer登录如图：

查看两台虚拟机的ip地址：

使用ping测试两台虚拟机的连通性：

现在是连通的哦！

我们启动两台虚拟机后我们的vnet1和vnet2网卡是桥接在br0上的；

# brctl show
bridge name   bridge id        STP enabled   interfaces
br0       8000.000c293e6326    yes       eth0
                            vnet1
                            vnet2
isolationbr       8000.000000000000    no
virbr0     8000.525400305441    yes       virbr0-nic

3）.我们现在将vnet1和vnet2桥接到isolationbr上：
先将vnet1和vnet2从桥接设备br0上移除：

# brctl delif br0 vnet1
# brctl delif br0 vnet2

现在查看桥接设备的网卡，两个虚拟机的网卡未桥接在桥接设备br0上了：

# brctl show
bridge name   bridge id        STP enabled   interfaces
br0       8000.000c293e6326    yes       eth0
isolationbr       8000.000000000000    no
virbr0     8000.525400305441    yes       virbr0-nic

我们再去两台虚拟机进行ping连通性测试：

现在虚拟机的连通性是不通的。

下面我们将vnet1和vnet2的网卡桥接到我们刚创建的桥接设备isolationbr上：

# brctl addif isolationbr vnet1
# brctl addif isolationbr vnet2

去查看桥接设备的网卡关联：

# brctl show
bridge name   bridge id        STP enabled   interfaces
br0       8000.000c293e6326    yes       eth0
isolationbr       8000.3ace491df4a3    no       vnet1
                            vnet2
virbr0     8000.525400305441    yes       virbr0-nic

我们虚拟机的两个网卡已经关联到了isolationbr桥设备上；
我们再去虚拟机上测试连通性：

现在两台虚拟机之间是在同一个网络的，可以实现通信，但是跟宿主机之间是隔离的，我们虚拟机与宿主机之间的联通性是不能连通的。如果我们需要实现虚拟机与宿主机之间的通信，那么我们就需要开启NAT模型，下面就介绍NAT模型。

3.NAT模型实例
其实就是配置host-only网络内的主机同外部主机通信实验，开启桥设备的NAT功能。
1）.我们虚拟机的地址是经过网络内的DHCP服务器分配的，我们为了实验来手动设置两台虚拟机的地址和桥接设备isolationbr的地址
两台虚拟机的ip设置如图：

桥设备isolationbr的ip设置如图：

[root@createOS ~]# ifconfig isolationbr 10.0.0.254/8 up
[root@createOS ~]# ifconfig isolationbr
isolationbr Link encap:Ethernet HWaddr 3A:CE:49:1D:F4:A3 
     inet addr:10.0.0.254 Bcast:10.255.255.255 Mask:255.0.0.0
     inet6 addr: fe80::6c5e:8dff:fe39:56b5/64 Scope:Link
     UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
     RX packets:1 errors:0 dropped:0overruns:0 frame:0
     TX packets:6 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
     collisions:0 txqueuelen:0
     RX bytes:28 (28.0 b) TX bytes:468(468.0 b)

设置完成后测试虚拟机之间网络连通性：

我们将虚拟机的网关指向isolationbr桥设备地址即可与宿主机进行连通：

2）.我们还是不能与物理网络中的真实网关172.16.0.1通信，我们需要将宿主机的路由转发功能打开：

# sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.ip_forward = 1

我们先来通过虚拟机ping一下网关，如图：

在进行ping连通性测试的时候我们再在宿主机上打开抓包功能查看数据包：

# tcpdump -i eth0 icmp -nn
tcpdump: WARNING: eth0: no IPv4 addressassigned
tcpdump: verbose output suppressed, use -vor -vv for full protocol decode
listening on eth0, link-type EN10MB(Ethernet), capture size 65535 bytes
10:24:52.377558 IP 10.0.0.2 >172.16.0.1: ICMP echo request, id 1793, seq 0, length 64
10:24:53.384063 IP 10.0.0.2 >172.16.0.1: ICMP echo request, id 1793, seq 1, length 64

数据报文能够到达网关设备，但是数据包不能回来了。

我们需要开启宿主机的路由功能，设置防火墙中的nat模式：

# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.0.0.0/8 ! -d 10.0.0.0/8 -j MASQUERADE
# iptables -t nat -L POSTROUTING
Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)
target  prot opt source       destination    
MASQUERADE tcp -- 192.168.122.0/24  !192.168.122.0/24  masq ports: 1024-65535
MASQUERADE udp -- 192.168.122.0/24  !192.168.122.0/24  masq ports: 1024-65535
MASQUERADE all -- 192.168.122.0/24  !192.168.122.0/24  
MASQUERADE all -- 10.0.0.0/8     !10.0.0.0/8

开始从虚拟机ping测试到达真实网关的连通性：

同时开始抓包，我们在宿主机eth0和桥接设备isolationbr上都要抓包：
桥接设备isolationbr的抓包：

# tcpdump -i isolationbr -nn
tcpdump: verbose output suppressed, use -vor -vv for full protocol decode
listening on isolationbr, link-type EN10MB(Ethernet), capture size 65535 bytes
10:35:35.391069 IP 10.0.0.2 >172.16.0.1: ICMP echo request, id 2305, seq 0, length 64
10:35:35.393619 ARP, Request who-has10.0.0.2 tell 10.0.0.254, length 28
10:35:35.395095 ARP, Reply 10.0.0.2 is-at52:54:00:65:43:21, length 28
10:35:35.395137 IP 172.16.0.1 >10.0.0.2: ICMP echo reply, id 2305, seq 0, length 64
10:35:36.394760 IP 10.0.0.2 >172.16.0.1: ICMP echo request, id 2305, seq 1, length 64
10:35:36.395943 IP 172.16.0.1 >10.0.0.2: ICMP echo reply, id 2305, seq 1, length 64
10:35:41.426182 ARP, Request who-has10.0.0.254 tell 10.0.0.2, length 28
10:35:41.427695 ARP, Reply 10.0.0.254 is-at3a:ce:49:1d:f4:a3, length 28

可以发现虚拟机的请求到达了网关，网关也回复了；这里的地址转换未显示，但是可以猜测是通过nat地址转换eth0将虚拟机的请求发送给网关。

宿主机的eth0抓包：

# tcpdump -i eth0 icmp -nn
tcpdump: WARNING: eth0: no IPv4 addressassigned
tcpdump: verbose output suppressed, use -vor -vv for full protocol decode
listening on eth0, link-type EN10MB(Ethernet), capture size 65535 bytes
10:35:35.392027 IP 172.16.31.7 >172.16.0.1: ICMP echo request, id 2305, seq 0, length 64
10:35:35.393361 IP 172.16.0.1 >172.16.31.7: ICMP echo reply, id 2305, seq 0, length 64
10:35:36.395052 IP 172.16.31.7 >172.16.0.1: ICMP echo request, id 2305, seq 1, length 64
10:35:36.395860 IP 172.16.0.1 >172.16.31.7: ICMP echo reply, id 2305, seq 1, length 64

宿主机的eth0通过nat功能将虚拟机的请求转换成本机地址向网关请求回复了；

3）.上述的步骤可以通过脚本自动化实现哦！

安装dnsmasq软件给虚拟机提供DHCP服务自动分配IP地址：

# yum install -y dnsmasq

注意：由于我们的KVM平台存在一个vibrd0的网卡，它自动启动了dnsmasq服务，我们在使用NAT模型时如果不是使用的这个网卡，我们就需要将其dnsmasq服务关闭。

代码如下：

# ps -ef | grep "dnsmasq" |grep-v "grep"

nobody   6378    1  0 11:49 ?        00:00:00 /usr/sbin/dnsmasq--strict-order --pid-file=/var/run/libvirt/network/default.pid --conf-file=--except-interface lo --bind-interfaces --listen-address 192.168.122.1--dhcp-range 192.168.122.2,192.168.122.254--dhcp-leasefile=/var/lib/libvirt/dnsmasq/default.leases --dhcp-lease-max=253--dhcp-no-override --dhcp-hostsfile=/var/lib/libvirt/dnsmasq/default.hostsfile--addn-hosts=/var/lib/libvirt/dnsmasq/default.addnhosts

关闭dnsmasq服务：
#kill 6378

nat模型脚本示例：
开启nat功能的脚本；

#vim /etc/qemu-natup
#!/bin/bash
BRIDGE=isolationbr
NETWORK=10.0.0.0
GATEWAY=10.0.0.254
NETMASK=255.0.0.0
DHCPRANGE=10.0.0.1,10.0.0.100
TFTPROOT=
BOOTP=
function check_bridge()
{
if brctl show | grep "^BRIDGE"&> /dev/null;then
  return 1
else
  return 0
fi
}
function create_bridge()
{
  brctl addbr "BRIDGE"
  brctl stp "BRIDGE" on
  brctl setfd "BRIDGE" 0
  ifconfig "$BRIDGE""GATEWAY" netmask "$NETMASK" up
}
function enable_ip_forward()
{
  echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
}
function add_filter_rules()
{
   iptables -t nat -A POSTROUTING -s"$NETWORK"/"$NETMASK" ! -d"$NETWORK"/"$NETMASK" -j MASQUERADE
}
function start_dnsmasq()
{
ps -ef | grep "dnsmasq" |grep -v"grep" &> /dev/null
if [ $? -eq 0 ];then
  echo "warning:dnsmasq is already running"
  return 1
fi
dnsmasq --strict-order--except-interface=lo --interface=$BRIDGE --listen-address=$GATEWAY--bind-interfaces --dhcp-range=$DHCPRANGE --conf-file=""--pid-file=/var/run/qemu-dhcp-$BRIDGE.pid --dhcp-leasefile=/var/run/qemu-dhcp-$BRIDGE.leases--dhcp-no-override ${TFTPROOT:+"--enable-tftp"}${TFTPROOT:+"--tftp-root=$TFTPROOT"}${BOOTP:+"--dhcp-boot=$BOOTP"}
}
function setup_bridge_nat()
{
check_bridge "$BRIDGE"
if [ $? -eq 0 ];then
  create_bridge
fi
enable_ip_forward
add_filter_rules "$BRIDGE"
start_dnsmasq "$BRIDGE"
}
if [ -n "$1" ];then
  setup_bridge_nat
  ifconfig "$1" 0.0.0.0 up
  brctl addif "$BRIDGE""$1"
  exit 0
else
  echo "Error:no interfacespecified"
  exit 1
fi

关闭nat功能及从桥设备移除虚拟网卡脚本：

#vim /etc/qemu-natdown
#!/bin/bash
BRIDGE="isolotionbr"
if [ -n "$1" ];then
    ip link set $1 down
    brctl delif "$BRIDGE" $1
    ip link set "$BRIDGE" down
    brctl delbr "$BRIDGE"
    iptables -t nat -F
    exit 0
else
    echo "Error: no interface specified"
    exit 1
fi

设置脚本执行权限：

# chmod +x /etc/qemu-natup
# chmod +x /etc/qemu-natdown

启动第一台虚拟机：

代码如下：

# qemu-kvm -m 128 -name cirros1 -drive file=/kvm/images/cirros-0.3.0-x86_64-disk.img,media=disk,format=qcow2,if=ide -net nic -net tap,ifname=vnet1,script=/etc/qemu-natup,downscript=/etc/qemu-natdown -boot c -daemonize

我们去查看dnsmasq服务启动与否：

# ps -ef | grep "dnsmasq" |grep-v "grep"
nobody 38355   1 0 11:49 ?    00:00:00 dnsmasq --strict-order--except-interface=lo --interface=isolationbr --listen-address=10.0.0.254--bind-interfaces --dhcp-range=10.0.0.1,10.0.0.100 --conf-file=--pid-file=/var/run/qemu-dhcp-isolationbr.pid--dhcp-leasefile=/var/run/qemu-dhcp-isolationbr.leases --dhcp-no-override

查看宿主机上的网卡设备：

# ifconfig |grep -Ei"(vnet1|vnet2)"
vnet1  Link encap:Ethernet HWaddr16:85:A7:5C:84:9D 
vnet2  Link encap:Ethernet HWaddrE6:81:C9:31:4F:78

启动虚拟机后在vncserver上连接到虚拟机界面操作，我们进行查看IP地址，可以发现我们的dnsmasq已经自动分配IP地址给虚拟机了。

查看一下宿主机的防火墙中的NAT规则：

#iptables -t nat -L POSTROUTING
Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)
target  prot opt source       destination     
MASQUERADE all -- 10.0.0.0/8     !10.0.0.0/8

嘿嘿，我把防火墙NAT规则都给清空了，所以这里就只有一条规则了。o(∩_∩)o

在虚拟机上进行网络连通性测试：

在测试的同时开启抓包哦！
桥接设备网卡的数据报文如下：

# tcpdump -i isolationbr -nn      
tcpdump: verbose output suppressed, use -vor -vv for full protocol decode
listening on isolationbr, link-type EN10MB(Ethernet), capture size 65535 bytes
12:05:14.655667 IP 10.0.0.83 >172.16.0.1: ICMP echo request, id 257, seq 0, length 64
12:05:14.658466 IP 172.16.0.1 >10.0.0.83: ICMP echo reply, id 257, seq 0, length 64
12:05:15.657273 IP 10.0.0.83 >172.16.0.1: ICMP echo request, id 257, seq 1, length 64
12:05:15.658252 IP 172.16.0.1 >10.0.0.83: ICMP echo reply, id 257, seq 1, length 64
12:05:19.659800 ARP, Request who-has10.0.0.83 tell 10.0.0.254, length 28
12:05:19.661522 ARP, Request who-has10.0.0.254 tell 10.0.0.83, length 28
12:05:19.661569 ARP, Reply 10.0.0.254 is-at16:85:a7:5c:84:9d, length 28
12:05:19.662053 ARP, Reply 10.0.0.83 is-at52:54:00:88:88:88, length 28
12:05:47.759101 ARP, Request who-has10.0.0.47 tell 10.0.0.83, length 28
12:05:47.760926 ARP, Reply 10.0.0.47 is-at52:54:00:12:34:56, length 28
12:05:47.761579 IP 10.0.0.83 >10.0.0.47: ICMP echo request, id 513, seq 0, length 64
12:05:47.765075 IP 10.0.0.47 >10.0.0.83: ICMP echo reply, id 513, seq 0, length 64
12:05:48.759703 IP 10.0.0.83 >10.0.0.47: ICMP echo request, id 513, seq 1, length 64
12:05:48.760848 IP 10.0.0.47 >10.0.0.83: ICMP echo reply, id 513, seq 1, length 64
12:05:52.775287 ARP, Request who-has10.0.0.83 tell 10.0.0.47, length 28
12:05:52.776601 ARP, Reply 10.0.0.83 is-at52:54:00:88:88:88, length 28
12:05:59.376454 IP 10.0.0.83 >172.16.31.7: ICMP echo request, id 769, seq 0, length 64
12:05:59.376548 IP 172.16.31.7 >10.0.0.83: ICMP echo reply, id 769, seq 0, length 64
12:06:00.482899 IP 10.0.0.83 >172.16.31.7: ICMP echo request, id 769, seq 1, length 64
12:06:00.483035 IP 172.16.31.7 >10.0.0.83: ICMP echo reply, id 769, seq 1, length 64
12:06:04.376987 ARP, Request who-has10.0.0.83 tell 10.0.0.254, length 28
12:06:04.378153 ARP, Reply 10.0.0.83 is-at52:54:00:88:88:88, length 28

物理网卡的数据报文如下：

# tcpdump -i eth0 icmp -nn
tcpdump: WARNING: eth0: no IPv4 addressassigned
tcpdump: verbose output suppressed, use -vor -vv for full protocol decode
listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet),capture size 65535 bytes
12:05:14.657680 IP 172.16.31.7 >172.16.0.1: ICMP echo request, id 257, seq 0, length 64
12:05:14.658427 IP 172.16.0.1 >172.16.31.7: ICMP echo reply, id 257, seq 0, length 64
12:05:15.657329 IP 172.16.31.7 >172.16.0.1: ICMP echo request, id 257, seq 1, length 64
12:05:15.658215 IP 172.16.0.1 >172.16.31.7: ICMP echo reply, id 257, seq 1, length 64

至此，我们的KVM虚拟化平台的网络模型就介绍完成了，这些模型对以后的云计算平台网络的虚拟化也是很重要的。