摘要
在大型的公司中都是采用的是虚拟机计算机进行服务的部署，特别是最近的docker与k8s中的虚拟化网络的也是越来越重要了。对于在工作中，我们接触到虚拟网络模型有：host模型，bridge模型，NAT模型，以及overlay network模型。本博文主要对以上虚拟网络模型进行介绍，帮助大家更好的理解虚拟网络模型的原理，学会在具体的场景下使用不同的网络模型来完成项目。
一、Host-only 网络模式
虚拟机的TCP/IP配置信息(如IP地址、网关地址、DNS服务器等)，都是由VMnet1(host-only)虚拟网络的DHCP服务器来动态分配的。这种模式下，所有局域网内所有虚拟机互通，但虚拟机无法访问外网，与外网完全隔离。此种模式同样可以配置集群，但是集群无法访问外网，比较适合公司内网。
1.1 Host-only Adapter(主机模式)
虚拟机与主机的关系 | 默认不能相互访问，双方不属于同一IP段，host-only网卡默认IP段为192.168.56.X 子网掩码为255.255.255.0，后面的虚拟机被分配到的也都是这个网段。通过网卡共享、网卡桥接等，可以实现虚拟机于主机相互访问。 |
虚拟机与网络主机的关系 | 默认不能相互访问，原因同上，通过设置，可以实现相互访问。 |
虚拟机与虚拟机的关系 | 默认可以相互访问，都是同处于一个网段。 |
1.2 设置仅host模式
二、Bridge网络模型
基于以上的拓扑测试，桥接方式虚拟出来的系统就像是在局域网中单独存在的独立“物理机”一样，它可以访问同一局域网内任何一台机器，也可以单独通过局域网网关或者路由访问外网。不过需要在每台机器上都要去单独配置IP，网关、网段、DNS等。由于这个虚拟系统是局域网中的一个独立的主机系统，那么就可以手工配置它的TCP/IP配置信息，以实现通过局域网的网关或路由器访问互联网。利用相同的网关网段配置，Bridged可用来配置集群。将网络设置为桥接模式的时候：此时宿主机的物理网卡成为交换机。内核模拟出一个虚拟网卡给宿主机用。
2.1 Bridged Adapter（网桥模式）
虚拟机与主机的关系 | 可以相互访问，因为虚拟机在真实网络段中有独立IP，主机与虚拟机处于同一网络段中，彼此可以通过各自IP相互访问。 |
虚拟机于网络中其他主机的关系 | 可以相互访问，同样因为虚拟机在真实网络段中有独立IP，虚拟机与所有网络其他主机处于同一网络段中，彼此可以通过各自IP相互访问。 |
虚拟机与虚拟机的关系 | 可以相互访问，同样因为虚拟机在真实网络段中有独立IP，虚拟机与所有网络其他主机处于同一网络段中，彼此可以通过各自IP相互访问。 |
在使用桥接模式的时候有问题：应为在一个局域网中如果主机特别多时候会出现网络风暴，出现网络阻塞的情况。这样不利用虚拟机进行网络通信。
2.2 设置桥接模式
首先，安装完系统之后，在开启系统之前，点击“编辑虚拟机设置”来设置网卡模式。
在进入系统之前，我们先确认一下主机的ip地址、网关、DNS等信息。window键+r 进入DOS命令窗口，输入：cmd 在输入：ipconfig
然后，进入系统编辑网卡配置文件，命令为vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0。编辑完成，保存退出，然后重启虚拟机网卡，使用ping命令ping外网ip，测试能否联网。 能ping通外网ip，证明桥接模式设置成功。
三、NAT网络模型
- 使用NAT模式，就是让虚拟系统借助NAT(网络地址转换)功能，通过宿主机器所在的网络来访问公网。
- NAT模式下的虚拟系统的TCP/IP配置信息是由VMnet8(NAT)虚拟网络的DHCP服务器提供的。
- 虚拟系统也就无法和本局域网中的其他真实主机进行通讯
- Guest访问网络的所有数据都是由主机提供的，Guest并不真实存在于网络中，主机与网络中的任何机器都不能查看和访问到Guest的存在。
- Guest可以访问主机能访问到的所有网络，但是对于主机以及主机网络上的其他机器，Guest又是不可见的，甚至主机也访问不到Guest
3.1 虚拟机与主机的关系
依靠物理主机的VMnet8网卡上网。虚拟机可以互Ping通，前提是物理主机的VMnet8网卡的网关要与虚拟机一样！如果不在同一个网关，会出现虚拟机能Ping通物理主机，但物理主机无法Ping通虚拟机的情况。注意此种情况也是实际应用场景之一。下面模拟场景：
物理主机（WINDOWS）IP信息：
虚拟机(Linux) IP信息 ：
测试结果：物理主机 Ping 虚拟机
虚拟机1Ping物理主机
虚拟机1Ping外网
虚拟机1Ping虚拟机2
现修改物理主机网段为10，使其与虚拟机不同。
物理主机Ping虚拟机1
虚拟机1Ping物理主机
- NAT方式使虚拟机接入外网方便，不需要进行其他配置，只需要物理主机可以上网即可
- 如果想安装个虚拟机，又不想配置网络，就推荐用NAT方式上网
- NAT模式下的虚拟系统的TCP/IP配置信息是由VMnet8(NAT)虚拟网络的DHCP服务器提供的，无法进行手工修改，因此虚拟系统也就无法和本局域网中的其他真实主机进行通讯。（不能用NAT配置集群的原因）
3.2 设置NAT模式
Internal（内网模式）：内网模式，顾名思义就是内部网络模式：虚拟机与外网完全断开，只实现虚拟机于虚拟机之间的内部网络模式。虚拟机与主机的关系 不能相互访问，彼此不属于同一个网络，无法相互访问。 虚拟机与网络中其他主机的关系 不能相互访问，理由同上。 虚拟机与虚拟机的关系 可以相互访问，前提是在设置网络时，两台虚拟机设置同一网络名称。如上配置图中，名称为intnet。
四、overlay network模型
对 Kubernetes 网络模式稍有了解的朋友都应该听说过 Overylay网络，Overlay 网络其实并不是一门新技术，Overlay 网络其实是将已有的物理网络（Underlay网络）作为基础，在其上建立叠加的虚拟网络，实现网络资源的虚拟化。近年来云计算，虚拟化，容器化技术的演进促进了网络虚拟化技术的应用。由于Overlay网络是建立在已有物理网络上的虚拟网络，具有独立的控制和转发平面，所以我们介绍 Overlay 网络的同时也一并说一哈 Underlay 网络。Underlay 网络是专门用来承载用户 IP 流量的基础架构层，它与 Overlay 网络之间的关系有点类似物理机和虚拟机。Underlay 网络和物理机都是真正存在的实体，它们分别对应着真实存在的网络设备和计算设备，而 Overlay 网络和虚拟机都是依托在下层实体使用软件虚拟出来的层级。如下图：
4.1 overlay network 常见应用场景
虽然 Kubernetes 目前已经是容器编排领域的事实标准了，但是依然有很多传统行业仍然在使用物理机，虚拟机部署服务。而日常的更新维护中，集群中的大规模虚拟机迁移是比较常见的事情。当虚拟机所在的宿主机因为维护或者其他原因宕机时，当前实例就需要迁移到其他的宿主机上，为了保证业务不中断，我们需要保证迁移过程中的 IP 地址不变，因为 Overlay 是在网络层实现二层网络，所以多个物理机之间只要网络层可达就能组建虚拟的局域网，同样的通过迁移虚拟机来提高容错性。因此 Overlay 网络为虚拟机的迁移提供了非常好的基础。
而 Overylay 在 Kubernetes 中容器跨主机网络通信中一样扮演者很重要的作用，其中比较主流的方案是基于 Flannel 的 VXLAN 后端实现，而 VXLAN 是 Overylay 网络的一种技术实现
4.2 Kubernetes中的Overlay实现
首先我们来简单了解一下 VXLAN（Virtual eXtensible LAN）技术的原理，由于VXLAN 可以完全在内核态实现封装和解封装数据包的工作，他是在现有的三层网络之上，覆盖一层虚拟的、由内核 VXLAN 模块负责维护的二层网络，使得连接在这个 VXLAN 二层网络上的虚拟机或者容器都可以像在同一个局域网（LAN）里那样自由通信。当然现实情况是，可能虚拟机或者容器可能分布在不同机器上，或者不同区域的物理机房里。而为了打通两边的二层网络， VXLAN 会在宿主机上设置一个特殊的网络设备作为「隧道」的两端。这个设备就叫做 VTEP。而 VTEP 设备的作用就是进行封装和解封装二层数据帧（Ethernet frame）；而且这个工作的执行流程，全部是在内核里完成的（因为 VXLAN 本身就是 Linux 内核中的一个模块）。我们来看一下这幅图，它可以清晰表达出在 Kubernetes 中基于 Flannel 的 VXLAN 网络跨主机容器通信的过程：
上图中，Node1 的容器 1 访问 Node2 的容器 2 整个过程可以简单描述为以下几个步骤：
- Node1 上的容器 1 从其 eth0 网卡将 IP 数据包通过 cni0，被路由到 flannel0。(其实就是 VETP )
- 而 flannel0 从收到的数据包中获取目的 MAC 地址；
- 然后在本地的转发表中查找该 MAC 地址所在服务器的 IP 地址；
- 然后将虚拟网络标识符（VxLAN Network Identifier 即 VNI）以及原始的 IP 数据包作为 Payload ，构建新的 UDP 数据包；
- 将新的 UDP 数据包通过 Node1 的 eth0 网卡发送到 Node2；
- Node2 的 eth0 网卡将数据包发送给 Node2 的 flannel0；
- flannel0 收到数据包后，去掉 UDP 数据包中的协议头；
- 查看数据包中 VNI；
- 将 IP 数据包转发给 Node2 上的容器2；
五、虚拟网络模型总结
VMware中NAT模式与桥接模式的区别
- NAT模式：使用Vmnet8网卡，宿主机和虚拟机可以互相通信，但局域网环境中其他主机/终端设备不能访问虚拟机，因为IP不在同一个网段。需要注意的是在该模式下虚拟机的子网掩码、网关、DNS要与网卡保持一致。适用场景：IP地址紧张的情况以及用来学习研究使用
- 桥接模式（bridged）：该模式使用Vmnet0网卡，虚拟机和宿主机在同一网段，局域网中所有设备皆可以通信，可以看做是一台独立的主机。主要宿主机联网，那么虚拟机也会联网。但是静态IP地址容易导致端口冲突。要注意的是虚拟机配置的子网掩码、网关和DNS需要与主机网卡一致。使用场景：虚拟主机作为开发环境或者测试环境，需要被局域网中电脑访问。
参考博文
虚拟机的几种网络连接方式_从菜鸟到菜菜鸟
