網卡虛擬化技術 macvlan 詳解

01 macvlan 簡介#

前面的文章講過了幾種 Linux 虛擬網絡設備：tap/tun、veth-pair、bridge，它們本質上是 Linux 系統 提供的網絡虛擬化解決方案，今天要講的 macvlan 也是其中的一種，准確說這是一種網卡虛擬化的解決方案。因為 macvlan 這種技術能將 一塊物理網卡虛擬成多塊虛擬網卡 ，相當於物理網卡施展了 多重影分身之術 ，由一個變多個。

02 macvlan 的工作原理#

macvlan 是 Linux kernel 支持的新特性，支持的版本有 v3.9-3.19 和 4.0+，比較穩定的版本推薦 4.0+。它一般是以內核模塊的形式存在，我們可以通過以下方法判斷當前系統是否支持：

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# modprobe macvlan # lsmod | grep macvlan macvlan 24576 0 

如果第一個命令報錯，或者第二個命令沒有返回，說明當前系統不支持 macvlan，需要升級內核。

macvlan 這種技術聽起來有點像 VLAN，但它們的實現機制是完全不一樣的。macvlan 子接口和原來的主接口是完全獨立的，可以單獨配置 MAC 地址和 IP 地址，而 VLAN 子接口和主接口共用相同的 MAC 地址。VLAN 用來划分廣播域，而 macvlan 共享同一個廣播域。

通過不同的子接口，macvlan 也能做到流量的隔離。macvlan 會根據收到包的目的 MAC 地址判斷這個包需要交給哪個虛擬網卡，虛擬網卡再把包交給上層的協議棧處理。

03 四種模式#

根據 macvlan 子接口之間的通信模式，macvlan 有四種網絡模式：

• private 模式
• vepa(virtual ethernet port aggregator) 模式
• bridge 模式
• passthru 模式

默認使用的是 vepa 模式。

3.1 private#

這種模式下，同一主接口下的子接口之間彼此隔離，不能通信。即使從外部的物理交換機導流，也會被無情地丟掉。

3.2 vepa#

這種模式下，子接口之間的通信流量需要導到外部支持 802.1Qbg/VPEA 功能的交換機上（可以是物理的或者虛擬的），經由外部交換機轉發，再繞回來。

注：802.1Qbg/VPEA 功能簡單說就是交換機要支持 發夾（hairpin） 功能，也就是數據包從一個接口上收上來之后還能再扔回去。

3.3 bridge#

這種模式下，模擬的是 Linux bridge 的功能，但比 bridge 要好的一點是每個接口的 MAC 地址是已知的，不用學習。所以，這種模式下，子接口之間就是直接可以通信的。

3.4 passthru#

這種模式，只允許單個子接口連接主接口，且必須設置成混雜模式，一般用於子接口橋接和創建 VLAN 子接口的場景。

3.5 mactap#

和 macvlan 相似的技術還有一種是 mactap。和 macvlan 不同的是，mactap 收到包之后不是交給協議棧，而是交給一個 tapX 文件，然后通過這個文件，完成和用戶態的直接通信。

04 實踐#

在 Linux 系統下，創建 macvlan 的命令形式如下：

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

通常，單獨使用 macvlan 毫無意義，一般都是結合 VM 和容器來構建網絡。下面我們就簡單使用 namespace 來看看 Linux 是怎么使用 macvlan 的。

實驗拓撲如下：

在我的系統中，以接口 enp0s8 為例創建兩個 macvlan 子接口（使用 bridge 模式），配置 IP 並將其掛到兩個 namespace 中，測試連通性。

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# 創建兩個 macvlan 子接口 ip link add link enp0s8 dev mac1 type macvlan mode bridge ip link add link enp0s8 dev mac2 type macvlan mode bridge # 創建兩個 namespace ip netns add ns1 ip netns add ns2 # 將兩個子接口分別掛到兩個 namespace 中 ip link set mac1 netns ns1 ip link set mac2 netns ns2 # 配置 IP 並啟用 ip netns exec ns1 ip a a 192.168.56.122/24 dev mac1 ip netns exec ns1 ip l s mac1 up ip netns exec ns1 ip a a 192.168.56.123/24 dev mac2 ip netns exec ns2 ip l s mac2 up 

注：enp0s8 的 IP 是 192.168.56.110/24，配置的子接口 IP 也必須是同一網段的。

完了兩個子接口 ping 一下：

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root@ubuntu:~# ip netns exec ns1 ip a show mac1 9: mac1@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1 link/ether 2e:6e:d9:08:c5:05 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0 inet 192.168.56.122/24 scope global mac1 valid_lft forever preferred_lft forever inet6 fe80::2c6e:d9ff:fe08:c505/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever root@ubuntu:~# ip netns exec ns1 ping 192.168.56.123 PING 192.168.56.123 (192.168.56.123) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.56.123: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.052 ms 64 bytes from 192.168.56.123: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.028 ms ^C --- 192.168.56.123 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1000ms rtt min/avg/max/mdev = 0.028/0.040/0.052/0.012 ms 

可以看到，能夠 ping 通，如果把上面的 mode 換成其他模式就行不通了，這個就留給大家去實驗了（默認是 vepa 模式）。

另外，在 docker 中，macvlan 是一種較為重要的跨主機網絡模型，這塊的內容就留作下篇文章再做講解了。

05 總結#

macvlan 是一種網卡虛擬化技術，能夠將一張網卡虛擬出多張網卡。

macvlan 的四種通信模式，常用模式是 bridge。

思考一下：

1. macvlan bridge 和 bridge 的異同點
2. 還有一種類似的技術，多張虛擬網卡共享相同 MAC 地址，但有獨立的 IP 地址，這是什么技術？

這兩個問題大家可以留言互動一下。