linux network name space

linux network namespace概念类似于网络中的 VRF （virtual routing and forwarding）。但是，你不知道VRF的概念也没关系，下面我们通过一个简单的介绍以及 几个实验来了解。

概念

linux network namespace机制可以在一个linux系统中建立多个网络命名空间。各个命名空间互相独立，内部有自己的路由表和iptable，内部的设备名和其它linux network namespace中的设备名可以重名。

命令

这部分简单介绍一下network namespace的命令， 可以跳过这部分先看实验，回头再看这里。
linux network namespace的基本命令是ip。事实上很多之前的网络命令正逐渐被废弃，而采用ip命令来实现。下面是一部分之前命令和新命令的对应关系

ifconfig                                            --> ip addr or just ip a
ifconfig <interface> up/down                        --> ip link set dev <interface> up/down
ifconfig <interface> <ip> netmask <netmask>         --> ip addr add <ip>/<masklen> dev <interface>
netstat -rn                                         --> ip route or just ip r
route add -net <net> netmask <netmask> gw <gateway> --> ip r add <net>/<netmasklen> via <gateway>

实验一

创建一个network namepsace ns01

[root@ES02 ~]# ip netns add ns01

展示现有的 linux network namespace

[root@ES02 ~]# ip netns
ns01

查看一下 ns01 中的接口及状态。 在network namepsace中执行命令用 ip netns exec 命令

[root@ES02 ~]# ip netns exec ns01 ip link
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT 
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

把loop back端口启动起来（据说不启动会有奇怪的错误。不知道为什么） （确实。。不启动loopback 的话，你没办法自己ping自己。后面有详细解释）

[root@ES02 ~]# ip netns exec ns01 ip link set dev lo up
[root@ES02 ~]# ip netns exec ns01 ip link
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT 
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

创建一个虚拟interface 分配给ns01. (我们没办法把物理 interface 分配给 ns01)

[root@ES02 ~]# ip link add veth-a type veth peer name veth-b
[root@ES02 ~]# ip link set veth-b netns ns01
[root@ES02 ~]# ip netns exec ns01 ip addr add 10.0.0.2/24 dev veth-b
[root@ES02 ~]# ip netns exec ns01 ip link set dev veth-b up

上面的操作还为接口veth-b添加了 ip 。 这里我们为另一个veth 添加 ip。

[root@ES02 ~]# ip addr add 10.0.0.1/24 dev veth-a
[root@ES02 ~]# ip link set dev veth-a up

现在通过veth-a 来访问veth-b 以及相反方向，都可以成功

[root@ES02 ~]# ip netns exec ns01 tracepath 10.0.0.1
 1:  10.0.0.2                                              0.090ms pmtu 1500
 1:  10.0.0.1                                              0.030ms reached
 1:  10.0.0.1                                              0.016ms reached
	 Resume: pmtu 1500 hops 1 back 64 
[root@ES02 ~]# 
[root@ES02 ~]# 
[root@ES02 ~]# tracepath 10.0.0.2
 1:  10.0.0.1                                              0.130ms pmtu 1500
 1:  10.0.0.2                                              0.055ms reached
 1:  10.0.0.2                                              0.045ms reached
	 Resume: pmtu 1500 hops 1 back 64

实验 2

我们有 server ， client 和gateway 三个namespace。 server是10.0.0.0/24 网段， client是192.168.1.0/24 网段。 希望client 和 server 能够通过gateway互相访问。 做法如下：

创建三个network namepsace

[root@ES02 ~]# clear
[root@ES02 ~]# ip netns add server
[root@ES02 ~]# ip netns add gateway
[root@ES02 ~]# ip netns add client
[root@ES02 ~]# 
[root@ES02 ~]# ip netns list
client
gateway
server

创建两对 veth 如下

[root@ES02 ~]# ip link add svr-veth type veth peer name svrgw-veth
[root@ES02 ~]# ip link add cli-veth type veth peer name cligw-veth

我们的计划是把 svr-veth 放在server中，cli-veth放在client中。 svrgw-veth 和 cligw-veth 都放在gateway中。 这样因为 svr 的两个veth 可以构成一个通道， cli 两个veth之间也是一个通道，现在只要gateway中的两个veth能够想通，既可以实现之前的client 和 server两个network namespace互相访问。

接下来,放置veth. svr-veth 在server中 svrgw-veth 在gateway中 cligw-veth在gateway中 cli-veth在 client中。

[root@ES02 ~]# ip link set svr-veth netns server
[root@ES02 ~]# ip link set svrgw-veth netns gateway
[root@ES02 ~]# ip link set cligw-veth netns gateway
[root@ES02 ~]# ip link set cli-veth netns client

配置各自的ip 并启动。

[root@ES02 ~]# ip netns exec server  ip addr add 10.0.0.1/24 dev svr-veth
[root@ES02 ~]# ip netns exec gateway  ip addr add 10.0.0.254/24 dev svrgw-veth
[root@ES02 ~]# ip netns exec gateway  ip addr add 192.168.1.254/24 dev cligw-veth
[root@ES02 ~]# ip netns exec client  ip addr add 192.168.1.1/24 dev cli-veth
[root@ES02 ~]# ip netns exec server  ip link set dev svr-veth up
[root@ES02 ~]# ip netns exec client  ip link set dev cli-veth up
[root@ES02 ~]# ip netns exec gateway  ip link set dev cligw-veth up
[root@ES02 ~]# ip netns exec gateway  ip link set dev svrgw-veth up

我们希望gateway能起到server 和 client两个网络的桥梁的作用，其实它就是一个路由器。连接两个网段。linux 模拟路由器 需要开启ip forward 功能

[root@ES02 ~]# ip netns exec gateway sysctl net.ipv4.ip_forward=1

[root@ES02 ~]# ip netns exec gateway ip route
10.0.0.0/24 dev svrgw-veth  proto kernel  scope link  src 10.0.0.254 
192.168.1.0/24 dev cligw-veth  proto kernel  scope link  src 192.168.1.254 

可以看到gateway中的路由表已经存在。 下面在server和client中设置路由

[root@ES02 ~]# ip netns exec server ip route add 192.168.1.0/24 via 10.0.0.254
[root@ES02 ~]# ip netns exec client ip route add 10.0.0.0/24 via 192.168.1.254

现在测试

client 到 server 

[root@ES02 ~]# ip netns exec client ping 10.0.0.1  -I 192.168.1.1
PING 10.0.0.1 (10.0.0.1) from 192.168.1.1 : 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.1: icmp_seq=1 ttl=63 time=0.055 ms
64 bytes from 10.0.0.1: icmp_seq=2 ttl=63 time=0.040 ms


server 到 client

[root@ES02 ~]# ip netns exec server ping 192.168.1.1  -I 10.0.0.1
PING 192.168.1.1 (192.168.1.1) from 10.0.0.1 : 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=1 ttl=63 time=0.060 ms

client 到 client
[root@ES02 ~]# ip netns exec client ping 192.168.1.1  -I 192.168.1.1

server 到 server
[root@ES02 ~]# ip netns exec server ping 10.0.0.1  -I 10.0.0.1  不通

很奇怪 自己ping自己不通，而且 tracepath 也不通

[root@ES02 ~]# ip netns exec client tracepath 10.0.0.1
 1:  send failed
	 Resume: pmtu 65535 
You have new mail in /var/spool/mail/root
[root@ES02 ~]# 
[root@ES02 ~]# ip netns exec server tracepath 192.168.1.1
 1:  send failed
	 Resume: pmtu 65535 

记得之前说过 loopback 不启动会有奇怪问题，我们启动一下

[root@ES02 ~]# ip netns exec client ip link set lo up
[root@ES02 ~]# ip netns exec server ip link set lo up
[root@ES02 ~]# ip netns exec gateway ip link set lo up

果然，都ok

[root@ES02 ~]# ip netns exec client tracepath 10.0.0.1
 1:  192.168.1.1                                           0.125ms pmtu 1500
 1:  192.168.1.254                                         0.055ms 
 1:  192.168.1.254                                         0.033ms 
 2:  10.0.0.1                                              0.047ms reached
	 Resume: pmtu 1500 hops 2 back 63