Servervirtualisierung mit Xen Möglichkeiten der Netzwerkkonfiguration

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1 Servervirtualisierung mit Xen Möglichkeiten der Netzwerkkonfiguration Studiengang Informatik Anwendung-Rechnernetze

2 Übersicht Virtualisierungstechniken Virtualisierungsmodelle in Xen Netzwerkkonzepte und -Konfiguration Vor- und Nachteile der Servervirtualisierung mit Xen Servervirtualisierung mit Xen 2

3 Virtualisierungstechniken Servervirtualisierung mit Xen 3

4 Virtualisierungstechniken Virtualisierung auf Betriebssystem-Ebene separate Laufzeitumgebungen (Container) Trennung der Prozessräume nur ein virtualisiertes Betriebssystem Bsp.: OpenSolaris Zones, FreeBSD Jails, Linux VServer, OpenVZ Full Virtualization keine Anpassung des Gastbetriebssystems Hardware wird vollständig virtualisiert Virtual Machine (VM) unabhängiger Rechner mit allen Komponenten Bsp.: VMware Server, MS Virtual PC, Parallels 4

5 Virtualisierungstechniken Paravirtualisierung host- und gastspezifische Implementierung privilegierte Operationen werden direkt an VMM gesendet erweiterter x86-befehlssatz Virtualisierungssoftware ist Teil des Kernel Zwischenschicht - Hypervisor Bsp.: Xen, UserMod Linux im SKAS-Modus Hardware-basierte Virtualisierung Hardware stellt Virtualisierungsfunktionen bereit LAPR von IBM (Firmware - Microkernel) Inel VT-x/VT-i, AMD Pacifica erweiterter x86-befehlssatz als Hardware des Prozessors 5

6 Virtualisierungsmodelle in Xen Servervirtualisierung mit Xen 6

7 Virtualisierungsmodelle in Xen x86-ringe Prozessorarchitektur definiert Ringe mit unterschiedlichen Privilegierungsstufen Prozess kann immer nur in einem Ring laufen x86-kompatible Prozessoren besitzen 4 Ringe benutzt werden von aktuellen BS nur 2 (Ring 0 und 3) Zugriff auf niedrigeren Ring löst Exception aus Verwendung ungenutzter x86-ringe Xen lässt Gast im Ring 1 laufen im Ring 0 läuft Xen selbst, also der Hypervisor Userpace-Prozesse laufen weiterhin im Ring 3 7

8 Virtualisierungsmodelle in Xen x86-ringe Anwendung Host-OS Gast-OS Xen Ring 0 Ring 1 Ring 2 Ring 3 Quelle: Xen Virtualisierung unter Linux, Open Source Press 2007, Seite 41 8

9 Virtualisierungsmodelle in Xen Hypercalls Befehle, die Xen den x86-befehlssatz erweitert Abstraktionsschicht zwischen Gastsystem und Hypervisor ähnelt den Unix-System-Calls Userspace (Ring 3) Hypercall Systemcall Gast-System Kernelspace (Ring 1) Hypervisor (Ring 0) 9

10 Virtualisierungsmodelle in Xen Hypervisor angepasstes Gastsystem leitet alle privilegierten Operationen an den Xen-Hypervisor wartet auf Anfragen des Gastsystems arbeitet im Ring 0, höchste Privilegierungsstufe alle Systeme auf Xen-System nennt man Domain Hostsystem Dom0, Gastsysteme DomU alle I/O-Operationen passieren Hypervisor 10

11 Virtualisierungsmodelle in Xen Xen-Architektur User- Software User- Software User- Software Host-OS Gast-OS Linux Gast-OS FreeBSD Gast-OS Windows Hypervisor Hardware Quelle: Xen Virtualisierung unter Linux, Open Source Press 2007, Seite 36 11

12 Netzwerkkonzepte und -Konfiguration Servervirtualisierung mit Xen 12

13 Netzwerkkonzepte und -Konfiguration Konfigurationsprinzip und -Dateien unterstützte Modi: Bridged Mode, Routed Mode, Direktverbindung, Multiple Tagged VLANs 16 virtuelle Interfaces veth0 veth7, vif0.0 vif0.7 in Domain U wird ethx-interface und korrespondierende vify.x-interface angelegt Konfigurationsdatei /etc/xen/xend-config.sxp alle relevanten Scripte unter /etc/xen/scripts Script unter Parameter network-script konfiguriert Interfaces in der Domain 0 für jedes Interface einer Domain U wird das Script unter Parameter vif-script aufgerufen 13

14 Netzwerkkonzepte und -Konfiguration Bridged Mode Konfiguration mit den Tools brctl und ip einzelnen Schritte physikalisches Interface von eth0 in peth0 umbenennen virtuelles Interface veth0 in eth0 umbenennen IP- und MAC-Adresse werden von peth0 auf eth0 kopiert IP von peth0 wird gelöscht und MAC auf FE:FF:FF:FF:FF:FF ARP für peth0 deaktivieren erstellen der Bridge xenbr0 peth0 und vif0.0 werden der Bridge xenbr0 hinzugefügt für alle Domain U werden die vify.x Interfaces der Bridge xenbr0 hinzugefügt über die Bridge können alle Domains kommunizieren über peth0 ist Kommunikation nach Außen möglich 14

15 Netzwerkkonzepte und -Konfiguration Xen im Bridged Mode Domain 0, Kernel, Applikationen Domain U, Kernel, Applikationen eth0 vif0.0 eth0 peth0 xenbr0 vifu.0 Quelle: Xen Virtualisierung unter Linux, Open Source Press 2007, Seite

16 Netzwerkkonzepte und -Konfiguration Routed Mode Script ändern, network-route und vif-route schaltet IP-Forwarding an einzelnen Schritte IP-Adresse von eth0 auf vify.x kopieren statische Route für IP der Domain U anlegen ip route: /32 dev vif1.0 src Proxy-ARP für vify.x einschalten Nutzung von Proxy-ARP, da Domain U kein default-gw somit transparente Kommunikation für Domain U 16

17 Netzwerkkonzepte und -Konfiguration Szenario Internet Firewall - DMZ FW1 FW2 Firewall - intern internes Netz Web Mail DMZ 17

18 Netzwerkkonzepte und -Konfiguration xenbrintern Xen- Szenario Xen-Host Domain 0 xendom1 FW2 xendom2 FW1 eth1 eth0 eth0 eth1 peth1 eth0 vif1.0 peth0 vif2.0 vif2.1 xenbrtrans xenbrdmz xendom3 Web xendom4 Mail eth0 eth0 vif3.0 vif4.0 18

19 Vor- und Nachteile der Servervirtualisierung mit Xen Servervirtualisierung mit Xen 19

20 Vor- und Nachteile der Servervirtualisierung mit Xen Vorteile sehr geringe Geschwindigkeitseinbußen (Overhead) hohe Skalierbarkeit gesamte unterstütze Hardware kann genutzt werden Open Source, damit keine Lizenzgebühren kontinuierliche Weiterentwicklung Nachteile nicht jedes Betriebssystem kann virtualisiert werden komplexe Konfiguration wenige Erfahrungen und Dokumentationen 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Servervirtualisierung mit Xen 21

22 Quellenverzeichnis Buchquellen Xen Virtualisierung unter Linux, Open Source Press 2007 Xen 3, Franzis 2006 Internetquellen PDFs Users' Manual Xen v3.0 Solaris und Xen, Franz Habenhauer 22

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