虚拟化技术的应用

普通家庭宽带

采用虚拟化技术的家庭宽带

上面两幅图分别是普通家庭宽带和采用虚拟化技术的家庭宽带。采用虚拟化技术的家庭宽带看似增加了很多设备，事实上全部由一台x86平台的mini主机实现，这台小主机采用J4125 Celeron CPU，核心频率2.7GHz，4核4线程，功耗仅有10W，裸机价700+人民币，可以说性价比相当高了。我采购的是裸机，内存条和SSD都是自己配，仿佛又找到了当年攒机的乐趣。

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J4125 mini主机

如果你是一个互联网的重度用户，家里的电脑、平板、手机、电视，游戏机都需要自由冲浪，或者对外提供服务，那么普通家庭宽带是难以满足的。首先，这些商业的路由器系统封闭，网络定制度不高，不能折腾；其次，与路由器芯片相比，pc芯片性能强悍，除了实现路由功能外，剩余的算力还可以做别的用途，我的家庭宽带虽然升级到300Mbps了，但仅能跑出100Mbps的带宽，要跑满带宽只有选择软路由；此外，硬路由最大的硬伤就是没有自由冲浪功能。因此决定对家庭宽带进行优化和升级，本次升级除了增加了一台x86的低功耗mini主机，还增加了一台千兆交换机。我的升级方案如下：

• 把当前主用的无线路由器降级为无线AP，调整到一个开阔的位置，实现最好的信号覆盖，提供手机、笔记本等无线设备的接入；
• 有线连接全部采用千兆交换机；
• 在mini主机上安装裸金属架构的虚拟化软件VMware esxi，再在esxi上安装软路由和linux、windows等操作系统，实现all in one；
• 采用主路由+旁路网关的双软路由方式打造最强的家庭路由系统；

软路由：啥是软路由呢？简单说，就是在采用pc芯片的主机上安装带有路由功能的软件，由于软路由的种类繁多，而且是开源的，所以拥有非常高的定制度和可玩性。尤其是在数据加密的场景中，对数据加密进行传输，收到数据后还要进行解密，这种加密解密的计算对硬路由来说捉襟见肘。

在部署前，我先介绍一下为啥要采用主路由+旁路网关模式，主路由实现拨号联网功能，并承担家里所有设备的上网，采用串行部署（如果家里交换机支持802.1q协议，也可以采用单臂路由部署，但效率没有串行部署高），分别定义两个接口，一个WAN口连接光猫，一个Lan口连接家里的交换机。主路由提供高速稳定上网，旁路由对数据加密传输，与主路由相互补充。把终端的网关指向不同的路由，就可以实现了流量的定制了。下面就跟着我来一步一步打造家庭最强软路由系统：
软路由的固件包
链接：https://pan.baidu.com/s/1KvQ-2ibhbvceYs_416cjJw
提取码：i8ot

第一步，安装esxi，本次使用的版本是6.7，最新的是7.0版，但是7.0有很多硬件驱动被删除了，需要手动添加，所以仍然采用6.7版本，esxi的安装方法自己百度。由于esxi在物理硬件上增加了虚拟化层，对底层的硬件资源进行了池化，形成了计算资源池，存储资源池和网络资源池，因此虚拟机的流量不是直接到物理交换机的，而是虚拟机——>虚拟网卡——>虚拟交换机——>物理交换机。在家庭网络的场景中，esxi主机至少需要两个网络接口，一个接口定义为WAN口，连接光猫，一个接口定义为LAN口，连接物理交换机，所以我在esxi中创建了两台虚拟机交换机，一台连接内部的交换机，一台连接外部的光猫（PS:可以把网卡开直通，让虚拟机独享物理网卡，但我觉得这样做灵活性不够)，esxi的网络规划如图所示：

Lan口虚拟交换机

Wan口虚拟交换机

第二步，部署主路由，主路由要具备高速上网和稳定性，所以我们采用MikroTik RouterOS（总部位于拉托维亚的首都加里，主要开发路由器和无线ISP系统，其软硬件遍布全世界）简称ROS，或者国产的商用软件爱快（IKuai)路由。IKuai全中文界面，配置简单，ROS上手稍微困难，所以这里主要介绍ROS。我提供的是ROS的OVF模板文件，所以可以在esxi中直接部署。

使用OVF模板部署ROS

用ROS的客户端管理工具WinBox打开Ros管理界面：

WinBox

1、配置Lan口

进入ROS后台页面，点击左侧导航栏的interfaces，右侧窗口显示接口列表，分别用Lan和Wan进行命名，此时有流量的命名为Lan口,无流量的命名为Wan口

接口列表

命名接口名称

接下来修改Lan口的IP，点击右侧的IP->Addresses进入地址列表

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我们点击加号进行添加设置，配置Lan口的IP地址，子网掩码

配置Lan口的ip地址

2、配置Wan口

接着配置wan口，wan口连接光猫，采用PPPoE拨号，因此我们再次进入接口列表点击加号图标进行添加配置，填入运营商分配的宽带账号，接口选择wan口（PS:在硬路由器中，Wan口和Lan口是固定位置，而在软路由中Wan口和Lan口需要自定义）,配置完成后查看status和traffic页面，如果获取到IP地址和有流量说明配置成功。

添加PPPoE客户端

配置拨号名称，选择拨号接口

填入运营商分配的账号

拨号状态

3.配置DHCP服务器

在配置DHCP服务之前，首先创建一个IP地址池，就是自动获取IP地址的范围

ip地址池

ip地址池

进入DHCP Server 进行配置，添加DHCP Server ,填入名称，选择Lan口和IP地址池

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继续在这个页面上选择network选项卡进行配置，Address配置为Lan口的网络地址，网关和DNS Server均设置为ROS的地址（PS：如果配置了旁路由，在这里就把网关和DNS Server设置为旁路由的地址）

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4、配置DNS服务器

我这里配置的是114.114.114.114和阿里云的223.5.5.5

DNS服务器

5、开启防火墙的NAT功能

家庭组网使用的IP地址通常是私网地址，这些私网地址不被互联网接收，意味着互联网路由表中不会存在这些私网地址，要访问互联网必须经过NAT转换成公网地址后才能访问。在硬路由中，只要配置好wan口，路由器会自动产生两个动作，一是开启源地址NAT转换，二是生成一条全0的默认路由指向拨号接口。因此大家从来没有配置过路由和NAT，而在ROS中，这两步都要手动配置，首先进入防火墙的NAT配置，然后在chain中选择srcnat（源地址转换）,接着点击action选项卡，在Action中选择masquerade选项，主路由到此配置完毕，现在可以自由冲浪了。

配置NAT

配置NAT

配置NAT

第三步，安装部署旁路由

网上有很多大佬自己编译的OpenWrt固件，我选择的是OpenWrt R21.8.6 GDQ v9.1[2021] Compiled by eSir，用esxi创建OpenWrt的虚拟机，配置OpenWrt的IP地址，把网关指向主路由，关闭openwrt的dhcp服务，开启dns服务器，然后把ROS的dhcp服务中的网关和DNS都指向OpenWrt的IP，开启广告屏蔽插件，然后你家里的所有设备都可以自由冲浪。

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总结

升级后的家庭网络可以跑满300Mbps的网络带宽，下载速度可以达到40MB/s，升级前10MB/s已经是极限了

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