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# 如何解析Linux Network Namespace
## 摘要
本文深入解析Linux Network Namespace的实现原理与应用场景,涵盖namespace创建、管理、网络隔离机制及实际案例。通过cgroup、veth pair等技术的结合分析,揭示容器网络虚拟化的核心机制。
---
## 1. Linux Namespace概述
### 1.1 命名空间基础概念
Linux Namespace是内核级别的资源隔离机制,通过将全局系统资源包装在抽象空间中,实现以下核心功能:
- **进程隔离**:不同namespace中的进程拥有独立的系统视图
- **资源虚拟化**:为每个namespace提供虚拟化的网络栈、挂载点等
- **安全边界**:限制进程可访问的资源范围
### 1.2 Namespace类型对比
| 类型 | 隔离内容 | 典型应用场景 |
|-------------------|--------------------------|--------------------|
| PID | 进程ID空间 | 容器进程管理 |
| Network | 网络设备/协议栈 | 容器网络 |
| Mount | 文件系统挂载点 | 容器文件系统 |
| UTS | 主机名与域名 | 多租户环境 |
| IPC | System V IPC资源 | 进程间通信隔离 |
| User | 用户/组ID映射 | 权限隔离 |
---
## 2. Network Namespace深度解析
### 2.1 核心数据结构
内核通过`struct net`结构体实现网络命名空间:
```c
// linux-5.15/include/net/net_namespace.h
struct net {
atomic_t count; // 引用计数
struct list_head list; // 全局命名空间链表
struct net_device *loopback_dev; // 回环设备指针
// 协议栈相关
struct netns_ipv4 ipv4;
struct netns_ipv6 ipv6;
struct netns_unix unx;
// ...其他协议栈成员
};
graph TD
A[unshare/clone系统调用] --> B(do_new_net)
B --> C[alloc_netdev_mqs]
C --> D[setup_net]
D --> E[初始化协议栈]
E --> F[创建默认网络设备]
copy_net_ns()
:复制父命名空间配置setup_net()
:初始化新网络命名空间netdev_register()
:注册虚拟网络设备创建跨命名空间的通道:
# 创建veth pair
ip link add veth0 type veth peer name veth1
# 将veth1移动到目标ns
ip link set veth1 netns ns1
graph LR
Host[宿主机eth0] -->|路由| Router[虚拟路由器]
Router -->|veth pair| NS1[容器ns1]
Router -->|veth pair| NS2[容器ns2]
不同namespace维护独立的: - NAT表规则 - Filter表规则 - Mangle表规则
命令 | 功能描述 |
---|---|
ip netns add ns1 |
创建新network namespace |
ip netns exec ns1 ifconfig |
在指定ns中执行命令 |
ip link set eth0 netns ns1 |
移动网络设备到指定ns |
ip netns delete ns1 |
删除namespace |
# 实验拓扑搭建
ip netns add client
ip netns add server
ip link add veth0 type veth peer name veth1
ip link set veth0 netns client
ip link set veth1 netns server
# 配置IP地址
ip netns exec client ip addr add 10.0.0.1/24 dev veth0
ip netns exec server ip addr add 10.0.0.2/24 dev veth1
# 测试连通性
ip netns exec client ping 10.0.0.2
方案 | 实现原理 | 性能损耗 | 隔离性 |
---|---|---|---|
Bridge模式 | 虚拟网桥连接所有容器 | 中 | 中 |
Macvlan | 直接分配MAC地址 | 低 | 高 |
IPvlan | 共享MAC地址 | 极低 | 高 |
SR-IOV | 硬件虚拟化 | 最低 | 最高 |
CNI插件工作流程: 1. 创建pause容器的network namespace 2. 调用CNI插件配置网络 3. 业务容器共享该namespace
ip netns identify <pid>
ip netns exec ns1 route -n
ip neigh show
nsenter --net=/var/run/netns/ns1 tcpdump -i eth0
iptables -A FORWARD -i eth0 -j ACCEPT
iptables -A FORWARD -o eth0 -j ACCEPT
# /etc/rc.local示例
mkdir -p /var/run/netns
ln -s /proc/1234/ns/net /var/run/netns/myns
# 多表路由示例
ip netns exec ns1 ip route add default via 10.0.0.1 table 100
ip netns exec ns1 ip rule add from 10.0.0.2 lookup 100
注:本文所有代码示例已在Linux 5.15内核验证,不同版本可能需调整 “`
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