Linux macvlan 网卡虚拟化介绍

macvlan 可以将一块物理网卡虚拟成多块虚拟网卡，并可以配置不同的 mac 地址(之前单网卡配置多IP使用的是同一个mac 地址)。Linux kernel v3.9–3.19 和 4.0+ 之后开始支持 macvlans 技术。使用 macvlan 技术虚拟出来的虚拟网卡，在逻辑上和物理网卡功能相同。macvlan 可以看成一个简单的 Bridge，但也有很大的不同。

特点

• 一张物理网卡绑定多个 MAC 地址
• macvlan 虚拟的网卡称为子接口（sub interface），物理网卡则称为父接口（parent interface）
• 父接口（parent interface） 可以是一个物理接口、子接口（eth0.10） 或 bonding 接口
• 父接口（parent interface） 和 子接口（sub interface） 均可以配置 MAC 地址和 IP 地址
• 子接口（sub interface） 无法直接与 父接口（parent interface） 联通，需要通过三层通信

加载

# 加载
$ modprobe macvlan

# 查看是否加载
$ lsmod | grep macvlan
macvlan                24576  0

四种模式

根据 macvlan 子接口之间的通信模式可以分为四种网络模式：

• VEPA（Virtual Ethernet Port Aggregator）模式（默认）：子接口（sub interface）之间的流量需要经过外部支持 802.1Qbg/VPEA 功能的交换机（物理的或虚拟）上转发（需要支持Hairpin功能），才能通信。创建 Harpin 模式的 Bridge 命令如下：

brctl hairpin br0 ens33 on
# or
bridge link set dev ens33 hairpin on

• Private 模式：同一父接口（parent interface）下的子接口（sub interface）之间彼此隔离，不能通信。即使从外部的物理交换机导流，也会被丢掉
• Bridge 模式：模拟 Linux bridge 的功能，但比 bridge 要好的一点是每个接口的 MAC 地址是已知的，不用学习。所以，该模式下子接口（sub interface）之间就是直接可以通信的
• Passthru 模式：只允许单个子接口连接主接口，且必须设置成混杂模式，一般用于子接口桥接和创建 VLAN 子接口的场景

创建

ip link add link DEVICE name NAME type { macvlan | macvtap } mode { private | vepa | bridge | passthru  [ nopromisc ] }

使用场景

结合 VM 和容器来构建网络。

示例

使用 bridge 模式 为网卡 ens33 创建两个 macvlan 子接口，配置 IP 并挂到两个 netns 中，测试连通性。

• 配置过程

# 创建两个 macvlan 子接口 mac1@ens33、mac2@ens33
ip link add link ens33 dev mac1 type macvlan mode bridge
ip link add link ens33 dev mac2 type macvlan mode bridge

# 创建两个 netns
ip netns add ns1
ip netns add ns2

# 将两个子接口分别挂到两个 netns 中
ip link set mac1 netns ns1
ip link set mac2 netns ns2

# 配置 IP 并启用，ens33 的 IP 是 172.20.0.20/24，配置的子接口 IP 也必须是同一网段的
ip netns exec ns1 ip addr add 172.20.0.101/24 dev mac1
ip netns exec ns1 ip link set mac1 up
ip netns exec ns2 ip addr add 172.20.0.102/24 dev mac2
ip netns exec ns2 ip link set mac2 up

# 查看
$ ip netns exec ns1 ip a
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
4: mac1@if2: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether 32:c2:12:bc:4d:99 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 172.20.0.101/24 scope global mac1
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fd15:4ba5:5a2b:1003:30c2:12ff:febc:4d99/64 scope global mngtmpaddr dynamic
       valid_lft 2591990sec preferred_lft 604790sec
    inet6 fe80::30c2:12ff:febc:4d99/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
$ ip netns exec ns2 ip a
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
5: mac2@if2: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether 4e:60:d4:4b:95:52 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 172.20.0.102/24 scope global mac2
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fd15:4ba5:5a2b:1003:4c60:d4ff:fe4b:9552/64 scope global mngtmpaddr dynamic
       valid_lft 2591981sec preferred_lft 604781sec
    inet6 fe80::4c60:d4ff:fe4b:9552/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

• 验证

$ ip netns exec ns1 ping -c 1 172.20.0.102
PING 172.20.0.102 (172.20.0.102) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.20.0.102: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.044 ms

--- 172.20.0.102 ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.044/0.044/0.044/0.000 ms

扩展

mactap 也能实现类似的功能。