linux虚拟网络设备之vlan配置的示例分析

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简介

VLAN是网络栈的一个附加功能，且位于下两层。首先来学习Linux中网络栈下两层的实现，再去看如何把VLAN这个功能附加上去。下两层涉及到具体的硬件设备，日趋完善的Linux内核已经做到了很好的代码隔离，对网络设备驱动也是如此，如下图所示：

这里要注意的是，Linux下的网络设备net_dev并不一定都对应实际的硬件设备，只要注册一个struct net_device{}结构体（netdevice.h）到内核中，那么这个网络设备就存在了。该结构体很庞大，其中包含设备的协议地址（对于IP即IP地址），这样它就能被网络层识别，并参与路由系统，最有名的当数loopback设备。不同的设备（包括硬件和非硬件）的ops操作方法各不相同，由驱动自己实现。一些通用性的、与设备无关的操作流程（如设备锁定等）则被Linux提炼出来，我们称为驱动框架。

linux虚拟网络设备之vlan配置

我们通过一个网桥两个设备对，来连接两个网络名字空间，每个名字空间中创建两个vlan

借助vconfig来配置vlan：

#创建网桥
brctl addbr br-test-vlan 
#创建veth对儿
ip link add veth01 type veth peer name veth20
ip link add veth02 type veth peer name veth30 
#将veth对儿的一段添加到网桥
brctl addif br-test-vlan veth01
brctl addif br-test-vlan veth02 
#启动设备
ip link set dev br-test-vlan up
ip link set dev veth01 up
ip link set dev veth02 up
ip link set dev veth20 up
ip link set dev veth30 up 
#创建网络名字空间
ip netns add test-vlan-vm01
ip netns add test-vlan-vm02 
#将设备对儿的另一端添加到另个名字空间（其实在一个名字空间也能玩，只是两个名字空间更加形象）
ip link set veth20 netns test-vlan-vm01
ip link set veth30 netns test-vlan-vm02 
#分别进入两个名字空间创建vlan和配置ip
#配置名字空间test-vlan-vm01
ip netns exec test-vlan-vm01 bash
#配置vlan 3001 和 vlan 3002
vconfig add veth20 3001
vconfig add veth20 3002
#启动两个vlan的设备
ip link set veth20.3001 up
ip link set veth20.3002 up 
#分别在两个vlan上配置ip （这里简单起见，使用了同一个网段了IP，缺点是，需要了解一点儿路由的知识）
ip a add 172.16.30.1/24 dev veth20.3001
ip a add 172.16.30.2/24 dev veth20.3002 
#添加路由
route add 172.16.30.21 dev veth20.3001
route add 172.16.30.22 dev veth20.3002 
#配置名字空间test-vlan-vm02
ip netns exec test-vlan-vm02 bash
#配置vlan 3001 和 vlan 3002
vconfig add veth30 3001
vconfig add veth30 3002
#启动两个vlan的设备
ip link set veth30.3001 up
ip link set veth30.3002 up
#分别在两个vlan上配置ip （这里简单起见，使用了同一个网段了IP，缺点是，需要了解一点儿路由的知识）
ip a add 172.16.30.21/24 dev veth30.3001
ip a add 172.16.30.22/24 dev veth30.3002 
#添加路由
route add 172.16.30.1 dev veth30.3001
route add 172.16.30.2 dev veth30.3002

查看一下vlan配置：

# cat /proc/net/vlan/config 
VLAN Dev name | VLAN ID
Name-Type: VLAN_NAME_TYPE_RAW_PLUS_VID_NO_PAD
veth20.3001 | 3001 | veth20
veth20.3002 | 3002 | veth20

现在，我们可以分别在两个名字空间来ping另外一个名字空间的两个IP，虽然两个IP都能ping通，但是使用的源IP是不同的，走的vlan也是不同的，我们可以在veth01/veth20/veth02/veth30/br-test-vlan 任意一个上抓包，会看到vlan信息：

# tcpdump -i veth20 -nn -e
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on veth20, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
15:38:18.381010 82:f7:0e:2d:3f:62 > 9e:58:72:fa:11:15, ethertype 802.1Q (0x8100), length 102: vlan 3001, p 0, ethertype IPv4, 172.16.30.1 > 172.16.30.21: ICMP echo request, id 19466, seq 1, length 64
15:38:18.381183 9e:58:72:fa:11:15 > 82:f7:0e:2d:3f:62, ethertype 802.1Q (0x8100), length 102: vlan 3001, p 0, ethertype IPv4, 172.16.30.21 > 172.16.30.1: ICMP echo reply, id 19466, seq 1, length 64
15:38:19.396796 82:f7:0e:2d:3f:62 > 9e:58:72:fa:11:15, ethertype 802.1Q (0x8100), length 102: vlan 3001, p 0, ethertype IPv4, 172.16.30.1 > 172.16.30.21: ICMP echo request, id 19466, seq 2, length 64
15:38:19.396859 9e:58:72:fa:11:15 > 82:f7:0e:2d:3f:62, ethertype 802.1Q (0x8100), length 102: vlan 3001, p 0, ethertype IPv4, 172.16.30.21 > 172.16.30.1: ICMP echo reply, id 19466, seq 2, length 64
15:38:23.162052 82:f7:0e:2d:3f:62 > 9e:58:72:fa:11:15, ethertype 802.1Q (0x8100), length 102: vlan 3002, p 0, ethertype IPv4, 172.16.30.2 > 172.16.30.22: ICMP echo request, id 19473, seq 1, length 64
15:38:23.162107 9e:58:72:fa:11:15 > 82:f7:0e:2d:3f:62, ethertype 802.1Q (0x8100), length 102: vlan 3002, p 0, ethertype IPv4, 172.16.30.22 > 172.16.30.2: ICMP echo reply, id 19473, seq 1, length 64

如果试图从veth20.3001 去ping 172.16.30.22 是不能通的，因为是不同的vlan呀：

# ping -I veth20.3001 172.16.30.22
PING 172.16.30.22 (172.16.30.22) from 172.16.30.1 veth20.3001: 56(84) bytes of data.
^C
--- 172.16.30.22 ping statistics ---
9 packets transmitted, 0 received, 100% packet loss, time 8231ms

不适用vconfig的解法：

ip link add link veth20 name veth20.3001 type vlan id 3001

另： vlan 一般以  设备名.vlanid 来命名，不过并非强制，如下命名为 vlan3003也是没问题的

# ip link add link veth20 name vlan3003 type vlan id 3003

注意：一个主设备上相同vlan好的子设备最多只能有一个

# ip link add link veth20 name vlan3001 type vlan id 3001
 RTNETLINK answers: File exists

所以，正常来讲，一般是这样的：

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