云计算中的关键技术——虚拟化

在数据中心里面，也有一种类似的开源技术 qemu-kvm，能让你在一台巨大的物理机里面，掏出一台台小的机器。这套软件就能解决上面的问题：一点就能创建，一点就能销毁。你想要多大就有多大，每次创建的系统还都是新的。

它用的是软件模拟硬件的方式。从名字上来讲，emu 就是 Emulator（模拟器）的意思，主要会模拟 CPU、内存、网络、硬盘，使得虚拟机感觉自己在使用独立的设备，但是真正使用的时候，当然还是使用物理的设备。

虚拟机是物理机上跑着的一个软件。这个软件可以像其他应用打开文件一样，打开一个称为 TUN/TAP 的 Char Dev（字符设备文件）。打开了这个字符设备文件之后，在物理机上就能看到一张虚拟 TAP 网卡。

在物理机上，应该有一个虚拟的交换机，在 Linux 上有一个命令叫作 brctl，可以创建虚拟的网桥 brctl addbr br0。创建出来以后，将两个虚拟机的虚拟网卡，都连接到虚拟网桥 brctl addif br0 tap0 上，这样将两个虚拟机配置相同的子网网段，两台虚拟机就能够相互通信了。

在数据中心里面，采取的也是类似的桥接技术，只不过都是 Linux，在每台机器上都创建网桥 br0，虚拟机的网卡都连到 br0 上，物理网卡也连到 br0 上，所有的 br0 都通过物理网卡出来连接到物理交换机上。

在数据中心里面，也是使用NAT方式。这种方式更像是真的将你宿舍里面的情况，搬到一台物理机上来。

虚拟机是你的电脑，路由器和 DHCP Server 相当于家用路由器或者寝室长的电脑，物理网卡相当于你们宿舍的外网网口，用于访问互联网。所有电脑都通过内网网口连接到一个网桥 br0 上，虚拟机要想访问互联网，需要通过 br0 连到路由器上，然后通过路由器将请求 NAT 成为物理网络的地址，转发到物理网络。

如果一台机器上的两个虚拟机不属于同一个用户，怎么办呢？好在 brctl 创建的网桥也是支持 VLAN 功能的，可以设置两个虚拟机的 tag，这样在这个虚拟网桥上，两个虚拟机是不互通的。

有一个命令 vconfig，可以基于物理网卡 eth0 创建带 VLAN 的虚拟网卡，所有从这个虚拟网卡出去的包，都带这个 VLAN，如果这样，跨物理机的互通和隔离就可以通过这个网卡来实现。

首先为每个用户分配不同的 VLAN，例如有一个用户 VLAN 10，一个用户 VLAN 20。在一台物理机上，基于物理网卡，为每个用户用 vconfig 创建一个带 VLAN 的网卡。不同的用户使用不同的虚拟网桥，带 VLAN 的虚拟网卡也连接到虚拟网桥上。

这样是否能保证两个用户的隔离性呢？不同的用户由于网桥不通，不能相互通信，一旦出了网桥，由于 VLAN 不同，也不会将包转发到另一个网桥上。另外，出了物理机，也是带着 VLAN ID 的。只要物理交换机也是支持 VLAN 的，到达另一台物理机的时候，VLAN ID 依然在，它只会将包转发给相同 VLAN 的网卡和网桥，所以跨物理机，不同的 VLAN 也不会相互通信。

此文章为9月Day24学习笔记，内容来源于极客时间《趣谈网络协议》，推荐该课程。