VirtualBox-ubuntu网络实验课

gogodjzhu
115 阅读8分钟

环境搭建

VirtualBox虚拟机

  • 主机虚拟网卡 创建两个虚拟网卡(管理/主机网络管理/创建)，他们的网段不同，IP网络不互通

    • vboxnet0
    • vboxnet1 image-20210716191930384

  • 虚拟机

    • Ubuntu001 挂vboxnet0网卡

    • Ubuntu002 挂vboxnet1网卡

    • Ubuntu003 同时挂vboxnet0和vboxnet1网卡

      注意一个细节，挂载在不同网卡槽(VirtualBox提供四个插槽，分别是网卡1/2/3/4)会导致网卡设备名称变化。为了确认一个网卡设备和物理网卡的关联，可以通过MAC地址来确定。

      • 在VirtualBox对应虚拟机的设置面板上，在 网络->对应网卡插槽->[高级]MAC地址 可以看到该网卡的MAC地址
      • 对应ubuntu上目标设备的MAC的地址则可以通过cat /sys/class/net/<divice>/address找到

    通过挂载仅主机网络类型的网卡，你无法访问互联网以获得一些更新，安装过程可能会出现无网络继续的选项，选它。

启动网卡设备

如何判断网卡设备启动正常呢？通常使用ip a列出所有的网卡，如果能找到你的网卡便表示你的网卡设备已经成功安装。但是到这一步还不够，你必须为你的网卡绑定上设计网段的IP。你应该知道ifconfig可以查看所有网卡的网络IP，你可能会遇到ubuntu启动后网卡自动未绑定IP的情况。这时候你可以通过以下两个方法来完成手动绑定（也可以指定IP，而不是使用DHCP服务分配的IP）。

临时分配IP

可以通过以下命令临时挂载/启动（系统重启后恢复）：

# Ubuntu001, 注意这里的网卡设备名称应跟你的环境一致
sudo ifconfig enp0s8 192.168.56.2 netmask 255.255.255.0 up

# Ubuntu002, 注意这里的网卡设备名称应跟你的环境一致
sudo ifconfig enp0s9 192.168.57.2 netmask 255.255.255.0 up

# Ubuntu003, 注意这里的网卡设备名称应跟你的环境一致
sudo ifconfig enp0s8 192.168.56.3 netmask 255.255.255.0 up
sudo ifconfig enp0s9 192.168.57.3 netmask 255.255.255.0 up

持久化分配IP

或者通过在配置文件(/etc/netplan/50-cloud-init.yaml )中写入以下配置（ubuntu18LTS以后使用netplan代替/etc/network/interfaces，可参考此文），这样启动时会自动挂载/启动网卡：

# ubuntu001
network:
    version: 2
    ethernets:
        enp0s8:
            dhcp4: no
            addresses: [192.168.56.2/24]

# ubuntu002
network:
    version: 2
    ethernets:
        enp0s9:
            dhcp4: no
            addresses: [192.168.57.2/24]

# ubuntu003
network:
    version: 2
    ethernets:
        enp0s8:
            dhcp4: no
            addresses: [192.168.56.3/24]
        enp0s9:
            dhcp4: no
            addresses: [192.168.57.3/24]

在本次实验课，建议通过第一种方式来实现，方便随时重启恢复网络环境。

至此完成了实验环境的搭建。你得到了：

  1. 两张网卡设备(vboxnet0、vboxnet1)
  2. 宿主机（Master）和三台虚拟主机（Ubuntu00{123}），分别挂载了两张网卡设备，并给他们分配了IP地址

这里实验得以继续的一个前提是，宿主机中创建的虚拟网卡设备，可以在虚拟机中同时使用——但挂载的设备名称不同。

图片5

实验一：本地互联

ubuntu001-ubuntu003和ubuntu002-ubuntu003是彼此能通的，但是ubuntu001-ubuntu002之间不通。

一种方式是让所有虚拟机均挂载同一张网卡，给ubuntu001多配置一个网卡+IP，这样ubuntu001-ubuntu002之间可以通过x.x.57.0/24网段互通。

图片6

或者通过宿主机来ipforward转发流量

图片1

ip forward

开启ip forward功能

# ubuntu003
## 方法一：修改配置文件
echo "net.ipv4.ip_forward=1" >> /etc/sysctl.conf
## 方法二：临时修改
sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
## 查看配置生效
cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

添加iptables规则（如果默认规则就是ACCEPT也可以不需要单独添加ACCEPT记录）

# ubuntu003
sudo iptables -A FORWARD -i enp0s8 -o enp0s9 -j ACCEPT
sudo iptables -A FORWARD -i enp0s9 -o enp0s8 -j ACCEPT

添加路由记录

# ubuntu001
## 增加从ubuntu001(192.168.56.2)本地到任意192.168.57.0/24网段的包经过x.x.56.3转发
sudo ip route add 192.168.57.0/24 via 192.168.56.3 dev enp0s8
# ubuntu002
## 增加从ubuntu002(192.168.57.2)本地到任意192.168.56.0/24网段的包经过x.x.57.3转发
sudo ip route add 192.168.56.0/24 via 192.168.57.3 dev enp0s9

完成配置，可以通过ping测试ubuntu001和ubuntu002之间是否通了。

实验二：外网连接

通过宿主机NAT上网

虚拟机目前可以互联，但是还无法连到外部Internet网络。如何实现？VirtualBox提供了本地NAT功能，通过管理->全局设定->网络面板增加NAT网络配置： image-20210720191322109

然后在ubuntu003中添加这个启用了NAT能力的网卡：

注意有两个类似的「连接方式」：网络地址转换(NAT)和NAT网络，他们的区别官方是这样介绍的，主要的区别就是只有NAT网络能修改NAT网络的网段和DHCP等配置。这里我们选择NAT网络。

重新启动ubuntu003，此时我们观察/sys/class/net/会发现多了一个网卡设备，我们启用它并分配对应的IP：

# ubuntu003  /etc/netplan/50-cloud-init.yaml添加以下配置
network:
  version: 2
  ethernets:
    enp0s3:
      dhcp4: no
      addresses: [10.0.2.3/24] # 跟VirtualBox的NAT网络配置一致
      gateway4: 10.0.2.1       # VirtualBox配置的默认NAT网关为x.x.x.1(会配置一个默认网关路由, Flags=G)
      nameservers:
        addresses: [8.8.8.8, 8.8.4.4] # 为了访问外网域名, 需要配置DNS

配置生效后可以看到多了一个enp0s3网卡，并且可以ping通外网域名。增加enp0s3网卡配置后执行route -n会发现多了两条路由:

Destination     Gateway         Genmask           Flags   Metric Ref    Use     Iface
0.0.0.0         10.0.2.1        0.0.0.0           UG      0      0      0       enp0s3
10.0.2.0        0.0.0.0         255.255.255.0     U       0      0      0       enp0s3

第二条是配置的addresses静态地址路由，所有访问10.0.2.0/24的请求命中此路由，直接转发到目标地址；

第一条则是gateway4网关路由，任意未匹配的目标IP地址都会发给此网关，所有外网地址都不在10.0.2.0/24网段，因此会经过10.0.2.1转发。

通过虚拟机NAT上网

在ubuntu003通过VirtualBox提供的NAT服务连上外网后，希望ubuntu001/ubuntu002这两个节点使用同样的NAT技术，通过ubuntu003来转发上外网。

首先在ubuntu003上配置NAT，让来自ubuntu001/002(192.168.0.0/16网段覆盖了两个机器的网段)的流量通过NAT转发。

# ubuntu003
# 配置源端为192.168.0.0/16的流量经过NAT转发到enp0s3网卡
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s3  -s 192.168.0.0/16 -j MASQUERADE

其次是修改ubuntu001/002的路由表，让出外网的包能打到ubuntu003网关上。以ubuntu002节点为例，目前它的路由表为：

# route -n
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
192.168.56.0    192.168.57.3    255.255.255.0   UG    0      0        0 enp0s9
192.168.57.0    0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 enp0s9

两条记录分别来自：

  • 第一条，通过sudo ip route add 192.168.56.0/24 via 192.168.57.3 dev enp0s9命令手动添加的路由，它导致ubuntu002(192.168.57.2)->ubuntu001(192.168.56.2)的流量通过192.168.57.3进行转发。
  • 第二条，通过/etc/netplan/50-cloud-init.yaml配置enp0s9的静态IP地址为192.168.57.2/24后自动生成的一条路由，这使得我们可以通过192.168.57.2直接访问ubuntu002。

现在目标是将所有指向外网的包都通过192.168.57.3进行转发，故执行sudo ip route add 0.0.0.0/0 via 192.168.57.3 dev enp0s9新增一条路由记录。发现此路由跟上述第一条路由重复，都是指向192.168.57.3，可以在配置文件直接配置网关，netplan启动时会自动新增一条默认路由指向192.168.57.3。

# ubuntu002
## sudo vim /etc/netplan/50-cloud-init.yaml
network:
  version: 2
  ethernets:
    enp0s9:
      dhcp4: no
      addresses: [192.168.57.2/24]
      gateway4: 192.168.57.3 # 指定此网卡的网关
      nameservers:
        addresses: [8.8.8.8, 8.8.4.4] # 为了访问外部域名, 顺便配置DNS

修改配置生效后，ubuntu002的完整路由表变成：

# ubuntu002
## route -n
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.57.3    0.0.0.0         UG    0      0        0 enp0s9
192.168.57.0    0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 enp0s9

最终的拓扑关系如下图：

image-20210723113358755

实验三：隧道网络搭建[beta]

ipip-fou隧道

以ipip隧道为例，先执行创建隧道：

# ubuntu001/ubuntu002
## 加载内核模块ipip
modprobe ipip
## 加载内核模块fou
modprobe fou

# ubnutu001(192.168.56.2)
## 本地开启监听接收指定端口的fou包
ip fou add port 5602 ipproto 4
## 创建一个隧道设备(name tun1 type ipip)，指定其建连网络地址(local ... remote ...)
ip link add name tun1 type ipip local 192.168.56.2 remote 192.168.57.2 ttl 225 encap fou encap-sport auto encap-dport 5702
# 启动网卡
ip link set tun1 up

# ubnutu002(192.168.57.2)
## 本地开启监听接收指定端口的fou包
ip fou add port 5702 ipproto 4
## 创建一个隧道设备(type ipip)
ip link add name tun1 type ipip local 192.168.57.2 remote 192.168.56.2 ttl 225 encap fou encap-sport auto encap-dport 5602
# 启动网卡
ip link set tun1 up

创建的ipip隧道相当于一张虚拟网卡设备，需要给它配置IP/路由，流量便打到隧道上进行发送：

# ubuntu001
ip addr add 177.0.0.0/31 dev tun1

# ubuntu002
ip addr add 177.0.0.1/31 dev tun1

至此可以ubuntu001可以通过隧道设备（177.0.0.0 dev tun1）与ubuntu002上的隧道设备（177.0.0.1 dev tun1）通信。

image-20210723175311227

下面抓包看看一个包的完整传播路径：

image-20210723193542636

参考文章

  1. Linux ip forward
  2. 超级详细的iptable教程文档
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