Windows10 Hyper-V虚拟机网络配置方式（1）-类桥接方式
1、 虚拟机系统的技术架构
寄居架构和原生架构是虚拟机系统常采用的两种技术模式。寄居架构是虚拟层软件Hypervisor安装和运行在一个已经安装好的操作系统上，它被看成一个软件或服务。原生架构是虚拟层软件Hypervisor直接安装在硬件上，本身不依赖任何操作系统。Windows的Hyper-V属于原生架构。
寄居架构如图1所示，虚拟机和宿主机形成依赖关系。虚拟化层软件运行在宿主机操作系统之上，模拟出一个或多个虚拟机环境，在每个虚拟机环境中安装操作系统，从而在一台物理主机上并发运行多个操作系统，实现主机虚拟化。
图1：虚拟机系统的寄居架构
原生架构如图2，以windows10自带的Hyper-V虚拟机为例。一台windows主机，安装Hypervisor软件并重启后，在物理硬件和windows操作系统内核之间增加了一层虚拟机软件Hypervisor；在windows操作系统内核态运行宿主机和虚拟机通讯的相关进程；在windows用户态下运行了一系列的虚拟机服务。
利用这些服务，可以创建配置虚拟机，在虚拟机上安装操作系统，从而在一台物理主机上并发运行多个操作系统。
实际上，安装Hyper-V并重启系统之前，windows10是一个完整的操作系统，系统重启后原来的操作系统变成了一个虚拟的环境，原操作系统不再是控制所有硬件的实体机系统，而是一个仅具备管理权限的虚拟机系统。硬件的控制由Hypervisor和原操作系统分工合作完成。
此时的window主机已经变成了一台虚拟机，和在该物理机上创建的其他虚拟机处于相同的运行层级，和其他虚拟机相比，只是多出了虚拟机的管理功能，可以创建虚拟机，可以对虚拟机进行开关机操作，可以为虚拟机配置设备，可以监控虚拟机的运行。这时一般将原来的操作系统区域称为父分区；其他虚拟机及虚拟机上安装的操作系统和应用的区域称为子分区。
图2：Hyper-V虚拟机原生架构示意图
2、 Hyper-V的网络配置方式
Hyper-V创建虚拟网络交换机的主要参数见图3。虚拟交换机的连接类型有三种：外部网络、内部网络和专用网络。
创建外部网络的虚拟网络交换机时，可以选择属性"允许管理操作系统共享此网络适配器"。宿主机安装Hyper-V后，原宿主的操作系统具备创建和管理虚拟机的功能，故原来的宿主机操作系统又可称为"管理操作系统"。
本文只讨论选中"允许管理操作系统共享此网络适配器"的选项。
图3：Hyper-V可以创建三种类型的虚拟交换机
选中"允许管理操作系统共享此网络适配器"，完成配置后，在windows的"网络和Internet"的适配器中新创建一个适配器"vEthernet（switch-v）网卡"，见下图4。
图4：Hyper-V创建外部网络的虚拟交换机对原宿主网络的影响
"允许管理操作系统共享该网络适配器"后，新创建的网络适配器vEthernet（switch-v）继承了原物理网卡的属性，如静态网络客户端、IP、DNS等。此时原windows宿主机就是通过这个虚拟的网卡上网的，不再是通过原来的物理网卡上网。
原来的物理网卡会虚拟成一台虚拟交换机。原宿主操作系统使用的物理网卡"以太网"的属性变成如下图5所示。其中默认勾选的"Hyper-V可扩展的虚拟交换机"，表明该网络设备作为一台可扩展的虚拟交换机使用，交换机作为交换设备，可以没有IP。
该虚拟交换机接入外部网络，并且启用"允许管理操作系统共享此网络适配器"后，原物理网卡（新的虚拟交换机）和虚拟网卡（vEthernet）的属性对比见下图5。
这样原宿主机、新建的各个虚拟机都连接在该交换机上，这些机器都在同一个网段，可以组建成一个局域网。安装虚拟系统之前，如果有其他物理机和用于虚拟化的主机在同一个局域网，则虚拟系统创建完成后，原宿主机、新建的虚拟机、其他物理机都在同一个局域网络中。
图5：Hyper-V创建共享的虚拟交换机后，原物理网卡（虚拟交换机）和新建的虚拟网卡的属性对比
3、 创建虚拟机，安装虚拟机操作系统
虚拟交换机创建完成后，可以使用Hyper-V管理器创建虚拟机，创建虚拟机时指定刚创建的虚拟交换机作为网络连接方式，不指定网络连接方式则新建的虚拟机会处于断开状态，不能联网。
图6展示了创建ubunt01虚拟机时指定的网络适配器时虚拟交换机switch-v,就是刚创建的那台虚拟交换机。该虚拟交换连接到外部网络，启用"允许管理操作系统共享该网络适配器"。具体创建虚拟交换机和创建虚拟机的过程不再本文详述。创建结果如图6。
图6：Hyper-V创建虚拟机时指定虚拟交换机作为网络设备
创建完虚拟机后，可以在虚拟机上安装操作系统，本次操作安装的是Ubuntu服务器版操作系统Ubuntu 18.04.3 LTS。具体安装过程不在本文中详述。
4、 原宿主主机和虚拟机的IP配置
原宿主windows10是DHCP自动获取IP地址，自动获取DNS的。创建虚拟交换机时生成的虚拟网卡继承原物理网卡的自动获取IP和DNS的方式。在虚拟机中安装Ubuntu操作系统时，也是自动获取Ubuntu虚拟机的IP地址的。
查询原宿主和新安装的Ubuntu虚拟机dhcp所得到的ip信息，直接使用这些信息配置原宿主和新虚拟机的静态IP。下图7是原宿主机和安装的两台ubuntu虚拟机的IP信息。
图7：查询原宿主机和虚拟机的IP信息
windows的静态IP和DNS设置，在新创建的虚拟网卡vEthernet（switch-v）上进行，不再详述。ubuntu系统修改IP地址，按照下面8的图示说明即可完成，较新版本的ubuntu系统提供了netplan网络配置工具，修改/etc/netplan下的配置文件，netplan程序读取/etc/netplan/下的所有配置文件，完成网络参数的实际修改和生效。
下图8仅示例了ubuntu01的原始网络配置文件、修改后的网络配置文件和使用netplan命令生效网络修改的示意图；其他ubuntu虚拟机按照该方式逐一完成静态IP修改即可。
上述修改完成后，windows能正常上网，Ubuntu01和Ubuntu02都能正常使用，各主机之间的连通性经测试没有问题。
图8：ubuntu虚拟机原始网络配置文件，配置文件的修改，以及配置生效操作示意图
5、 物理机虚拟机实际组网结构和连通性测试
物理机A: Microsoft Windows 10.0.18363 专业版，是将被虚拟化的主机。
物理机B： Microsoft Windows 10.0.18363家庭版，是系统中一台完整的物理机。
虚拟机1-3：Ubuntu 18.04.3 LTS，是在物理机A上虚拟出的3台虚拟机，安装Ubuntu操作系统。
物理机A和物理机B采用自动获取IP和DNS 的方式，连接到家庭无线路由器，无线路由器通过光猫连接到互联网，物理机A和B能正常上网和信息交互。
在物理机A上启用Hyper-V功能；创建虚拟交换机，该交换机采用外部网络连接方式，允许管理操作系统共享该网络适配器；创建虚拟机A/B/C，这些虚拟机使用该虚拟交换机连接网络；在这些虚拟机上安装Ubuntu Server 18.04操作系统；物理机A和各虚拟机设置静态IP。
上述操作完成后，需要测试网络的连通性，完成虚拟化组网后，物理机A已经不是一台物理机，而是一台虚拟机，为了方便描述，暂且称该运行原宿主操作系统的虚拟机还叫做"物理机A".
测试场景和测试结果如下：物理机A能ping通所有虚拟机；物理机B能ping通所有虚拟机；调整两台windows主机的防火墙设置，物理机A和物理机B能相互ping通；各虚拟机之间都可以相互ping通；调整windows的防火墙设置后，所有虚拟机都可以ping通物理机A和物理机B。
Windows防火墙的设置细节不是很清楚，故在测试时，关闭物理机A的防火墙来测试网络连通性；物理机B安装了诺顿取代了windows自带的防护功能，将物理机B的诺顿的智能防火墙暂时关闭用来测试的网络联通行。
实际测试的网络组网图见下图9。
图9：虚拟网络连接示意图
6、 桥接方式组建虚拟网络的适用场合
自己只有一台运行windows10专业版的PC或笔记本电脑，但想模拟公司的局域网环境。例如开发测试环境的数据层、业务层、展示层的独立部署；学习和熟悉集群技术；学习和熟悉服务端操作系统，例如Linux等。
这时可以采用桥接的虚拟化网络技术，组建可靠的虚拟局域网，所有机器都连接到可扩展的虚拟交换机上，各机器之间的通信很顺畅，使用起来有很好的体验。
当然，自己的PC或笔记本应该配置高一点，最好有不止一块的物理网卡，这样做出来的虚拟系统性能会更高一些。
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