macvlan & ipvlan 网络虚拟化 Demo

演示 Linux 网络虚拟化技术 macvlan 和 ipvlan 的使用和区别。

核心概念

macvlan 解决什么问题？

问题：在一台物理机上创建多个”独立网卡”

传统 bridge 模式的问题：

• 所有容器共享物理网卡的 MAC 地址
• 外部网络无法区分流量来自哪个容器
• 部分网络设备/安全策略依赖 MAC 地址识别

macvlan 方案：

• 每个虚拟接口有独立的 MAC 地址
• 对外部网络完全透明，看起来像多个独立物理设备
• 性能略优于 bridge（少一层转发）

对比图：

bridge 模式:                    macvlan 模式:
┌─────────────────┐            ┌─────────────────┐
│   物理网卡 eth0  │            │   物理网卡 eth0  │
│   MAC: 52:54... │            │   MAC: 52:54... │
└────────┬────────┘            └─────────────────┘
         │                              │
    ┌────┴────┐                ┌────────┼────────┐
    │ Bridge  │                │        │        │
    └────┬────┘            ┌───┴───┐ ┌──┴───┐ ┌──┴───┐
         │                 │macvlan0│macvlan1│macvlan2│
    ┌────┼────┐            │独立MAC │独立MAC │独立MAC │
    │    │    │            └───┬───┘ └──┬───┘ └──┬───┘
  容器A 容器B 容器C           容器A    容器B    容器C
  
所有容器共享同一个 MAC       每个容器有独立 MAC
外部网络无法区分              外部网络可区分

ipvlan 解决什么问题？

问题：macvlan 需要多个 MAC 地址，但部分环境 MAC 受限

macvlan 的限制：

• 需要交换机支持多 MAC 地址
• 云环境（AWS/Azure）往往限制 MAC 数量
• 硬件 MAC 地址表有上限

ipvlan 方案：

• 所有虚拟接口共享同一个 MAC 地址
• 仅通过 IP 地址区分流量
• 不受交换机 MAC 地址表限制

核心对比

特性	macvlan	ipvlan
MAC 地址	每个设备独立	所有设备共享
交换机兼容性	需要支持多 MAC	兼容所有交换机
MAC 地址上限	受硬件限制	无限制
性能	正常	略优(无 MAC 学习)
使用场景	需要独立 MAC	云环境/MAC 受限

使用场景

macvlan 适用场景

• 容器/虚拟机需要独立 MAC 地址
• 传统网络环境需要区分设备
• 网络策略依赖 MAC 地址

ipvlan 适用场景

• 云环境（AWS/Azure 等 MAC 受限环境）
• 需要大量虚拟接口（超出 MAC 地址限制）
• 对交换机无特殊要求

快速开始

# 运行 macvlan 演示
sudo PHYSICAL_DEV=ens5 ./macvlan-demo.sh

# 运行 ipvlan 演示
sudo PHYSICAL_DEV=ens5 ./ipvlan-demo.sh

# 对比两种技术
./ipvlan-demo.sh compare

macvlan 使用详解

运行 Demo

# 完整演示
sudo ./macvlan-demo.sh

# 查看帮助
./macvlan-demo.sh help

# 指定物理网卡
sudo PHYSICAL_DEV=ens33 ./macvlan-demo.sh

# 显示常用命令
./macvlan-demo.sh cmd

# 创建多个 macvlan 设备
sudo PHYSICAL_DEV=ens5 ./macvlan-demo.sh multi

# 仅清理环境
sudo ./macvlan-demo.sh cleanup

手动操作

# 创建 macvlan 设备
ip link add macvlan0 link eth0 type macvlan mode bridge

# 创建网络命名空间
ip netns add ns1
ip link set macvlan0 netns ns1

# 配置 IP
ip netns exec ns1 ip addr add 192.168.100.2/24 dev macvlan0
ip netns exec ns1 ip link set macvlan0 up

模式说明

• bridge: 允许同物理接口上的 macvlan 设备之间通信
• vepa: 强制流量通过外部交换机
• private: 禁止同物理接口上的设备间通信
• passthru: 将物理接口直接交给单个 macvlan 设备

ipvlan 使用详解

运行 Demo

# 完整演示
sudo ./ipvlan-demo.sh

# 查看帮助
./ipvlan-demo.sh help

# 指定物理网卡
sudo PHYSICAL_DEV=ens33 ./ipvlan-demo.sh

# 显示常用命令
./ipvlan-demo.sh cmd

# 创建多个 ipvlan 设备
sudo PHYSICAL_DEV=ens5 ./ipvlan-demo.sh multi

# L3 模式演示
sudo PHYSICAL_DEV=ens5 ./ipvlan-demo.sh l3

# 仅清理环境
sudo ./ipvlan-demo.sh cleanup

手动操作

# 创建 ipvlan 设备 (L2 模式)
ip link add ipvlan0 link eth0 type ipvlan mode l2

# 创建网络命名空间
ip netns add ns1
ip link set ipvlan0 netns ns1

# 配置 IP
ip netns exec ns1 ip addr add 192.168.200.2/24 dev ipvlan0
ip netns exec ns1 ip link set ipvlan0 up

模式说明

• l2: 二层模式，行为类似 macvlan，共享 MAC 地址
• l3: 三层模式，不需要 ARP，通过路由转发
• l3s: 三层模式，带安全策略

环境变量

变量	默认值	说明
PHYSICAL_DEV	eth0	物理网卡名称
IP_PREFIX	192.168.100/200	IP 地址前缀

清理环境

# 清理 macvlan
sudo ./macvlan-demo.sh cleanup

# 清理 ipvlan
sudo ./ipvlan-demo.sh cleanup

# 或手动清理
ip netns del macvlan-ns 2>/dev/null || true
ip link del macvlan0 2>/dev/null || true
ip netns del ipvlan-ns 2>/dev/null || true
ip link del ipvlan0 2>/dev/null || true

预期测试结果

macvlan

• [OK] 设备创建成功
• [OK] MAC 地址独立（与物理设备不同）
• [OK] 多个 macvlan 设备间通信正常
• [FAIL] 与主机通信失败（bridge 模式设计特性）

ipvlan

• [OK] 设备创建成功
• [OK] MAC 地址共享（与物理设备相同）
• [OK] 多个 ipvlan 设备间通信正常
• [FAIL] 与主机通信失败（L2 模式设计特性）

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