物理网卡
物理网卡工作原理
link device type
通过ip link add可以创建多种类型的虚拟网络设备，在man ip link中可以得知有以下类型的device:
bridge - Ethernet Bridge device
can - Controller Area Network interface
dummy - Dummy network interface
ifb - Intermediate Functional Block device
ipoib - IP over Infiniband device
macvlan - Virtual interface base on link layer address (MAC)
vcan - Virtual Local CAN interface
veth - Virtual ethernet interface
vlan - 802.1q tagged virtual LAN interface
vxlan - Virtual eXtended LAN
ip6tnl - Virtual tunnel interface IPv4|IPv6 over IPv6
ipip - Virtual tunnel interface IPv4 over IPv4
sit - Virtual tunnel interface IPv6 over IPv4
VEPA
Virtual Ethernet Port Aggregator。它是HP在虚拟化支持领域对抗Cisco的VN-Tag的技术。
解决了虚拟机之间网络通信的问题，特别是位于同一个宿主机内的虚拟机之间的网络通信问题。
VN-Tag在标准的协议头中增加了一个全新的字段，VEPA则是通过修改网卡驱动和交换机，通过发夹弯技术回注报文。
vepa工作原理
TUN
TUN是Linux系统里的虚拟网络设备，它的原理和使用在Kernel Doc和Wiki做了比较清楚的说明。
TUN设备模拟网络层设备(network layer)，处理三层报文，IP报文等，用于将报文注入到网络协议栈。
TUN设备工作原理
应用程序(app)可以从物理网卡上读写报文，经过处理后通过TUN回送，或者从TUN读取报文处理后经物理网卡送出。
利用TUN实现VPN
TUN设备创建
创建:
int tun_alloc(char *dev)
{
struct ifreq ifr;
int fd, err;
if( (fd = open("/dev/net/tun", O_RDWR)) < 0 ){
printf("open /dev/net/tun fail\n");
return -1;
}
memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
/* Flags: IFF_TUN - TUN device (no Ethernet headers)
* IFF_TAP - TAP device
*
* IFF_NO_PI - Do not provide packet information
*/
ifr.ifr_flags = IFF_TUN;
if( *dev )
strncpy(ifr.ifr_name, dev, IFNAMSIZ);
if( (err = ioctl(fd, TUNSETIFF, (void *) &ifr)) < 0 ){
close(fd);
return err;
}
strcpy(dev, ifr.ifr_name);
return fd;
}
int fd = tun_alloc("tun-default");
if (fd == -1) {
printf("create error: %d\n", fd);
return;
}
while(1){
sleep(1000);
}
创建之后，使用ip addr就会看见一个名为”tun-default”的虚拟网卡
注意：如果程序退出，关闭了fd，虚拟网卡也会随之消失。
$ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN qlen 1
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
link/ether 52:54:00:bd:97:1e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 10.0.2.15/24 brd 10.0.2.255 scope global dynamic eth0
valid_lft 81917sec preferred_lft 81917sec
inet6 fe80::5054:ff:febd:971e/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
4: tun-default: <POINTOPOINT,MULTICAST,NOARP> mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 500
link/none
可以对tun-default设置IP:
$sudo ip addr add 1.1.1.1 dev tun-default
$ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN qlen 1
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
link/ether 52:54:00:bd:97:1e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 10.0.2.15/24 brd 10.0.2.255 scope global dynamic eth0
valid_lft 81806sec preferred_lft 81806sec
inet6 fe80::5054:ff:febd:971e/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
4: tun-default: <POINTOPOINT,MULTICAST,NOARP> mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 500
link/none
inet 1.1.1.1/32 scope global tun-default
valid_lft forever preferred_lft forever
使用open/write等文件操作函数从fd中进行读取操作，就是在收取报文，向fd中写入数据，就是在发送报文。
TAP
TAP是Linux系统里的虚拟网络设备，它的原理和使用在Kernel Doc和Wiki做了比较清楚的说明。
不同于TUN的是，TAP设备模拟链路层设备(link layer)，处理二层报文，以太网帧等。
TAP设备创建
TAP设备的创建过程和TUN类似，在ioctl设置的时候，将类型设置为IFF_TAP即可。
/* Flags: IFF_TUN - TUN device (no Ethernet headers)
* IFF_TAP - TAP device
*
* IFF_NO_PI - Do not provide packet information
*/
ifr.ifr_flags = IFF_TAP; //<--- TAP设备
if( *dev )
strncpy(ifr.ifr_name, dev, IFNAMSIZ);
if( (err = ioctl(fd, TUNSETIFF, (void *) &ifr)) < 0 ){
close(fd);
return err;
}
strcpy(dev, ifr.ifr_name);
return fd;
TAP设备与TUN设备的区别在于:
TAP虚拟的是一个二层设备，具有MAC地址，接收、发送的是二层包。
TUN虚拟的是一个三层设备，没有MAC地址，接收、发送的是三层包。
macvlan
有时我们可能需要一块物理网卡绑定多个 IP 以及多个 MAC 地址，虽然绑定多个 IP 很容易，但是这些 IP 会共享物理网卡的 MAC 地址，可能无法满足我们的设计需求，所以有了 MACVLAN 设备，其工作方式如下：
macvlan工作原理
MACVLAN 会根据收到包的目的 MAC 地址判断这个包需要交给哪个虚拟网卡。单独使用 MACVLAN 好像毫无意义，但是配合之前介绍的 network namespace 使用，我们可以构建这样的网络：
macvlan工作原理2
macvlan的工作原理3
macvlan使用
创建一个基于eth0的名为macv1的macvlan网卡:
ip link add link eth0 name macv1 type macvlan
macvlan支持三种模式，bridge、vepa、private，在创建的时候设置“mode XXX”:
macvlan brige模式
bridge模式，macvlan网卡和物理网卡直接可以互通，类似于接入到同一个bridge。
macvlan vepa模式
vepa模式下，两个macvlan网卡直接不能直接通信，必须通过外部的支持“发夹弯”交换机才能通信。
macvlan vepa模式
private模式下，macvlan发出的广播包（arp等）被丢弃，即使接入了支持“发夹弯”的交换机也不能发现其它macvlan网卡，除非手动设置mac。
macvtap
MACVTAP 是对 MACVLAN的改进，把 MACVLAN 与 TAP 设备的特点综合一下，使用 MACVLAN 的方式收发数据包，但是收到的包不交给 network stack 处理，而是生成一个 /dev/tapX 文件，交给这个文件：
macvtap工作原理
由于 MACVLAN 是工作在 MAC 层的，所以 MACVTAP 也只能工作在 MAC 层，不会有 MACVTUN 这样的设备。
ipvlan
ipvlan和macvlan的区别在于它在ip层进行流量分离而不是基于mac地址，同属于一块宿主以太网卡的所有ipvlan虚拟网卡的mac地址都是一样的。
[图片上传失败...(image-d98b6f-1597455459947)]
ip link add link <master-dev> <slave-dev> type ipvlan mode { l2 | L3 }
veth
veth工作原理
veth设备是成对创建的：
$ip link add vethA type veth peer name vethB
创建之后，执行ip link就可以看到新创建的veth设备：
58: vethB@vethA: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT qlen 1000
link/ether ee:1b:b0:11:38:eb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
59: vethA@vethB: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT qlen 1000
link/ether a6:f8:50:36:2d:1e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
注意veth设备前面的ID，58:和59:，一对veth设备的ID是相差1的，并且系统内全局唯一。可以通过ID找到一个veth设备的对端。
ifb
Intermediate Functional Block device，连接ifb中做了很详细的介绍。
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