1단계: QEMU 설치 및 환경 준비#

QEMU와 관련된 도구들을 설치해야 한다.

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sudo apt update
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sudo apt install qemu-system-x86 bridge-utils net-tools -y
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sudo sysctl -w net.bridge.bridge-nf-call-iptables=0

• qemu-system-x86은 QEMU 가상 머신 에뮬레이터이다.
• bridge-utils는 리눅스 브리지 관리에 필요한 유틸리티이다.
• net-tools는 네트워크 인터페이스 정보를 확인하는 데 사용되는 도구이다. 예를 들어, ifconfig 명령어가 있다.
• sudo sysctl -w net.bridge.bridge-nf-call-iptables=0 명령어는 브리지 네트워크 트래픽이 iptables의 netfilter를 통과하지 않도록 설정하는 것이다. 켜져 있으면, 사용자 환경에 따라 테스트가 원활히 진행되지 않을 수 있다.

2단계: QEMU 게스트 OS 이미지 다운로드#

테스트에 사용할 가벼운 리눅스 OS 이미지를 다운로드한다. 여기서는 CirrOS 이미지를 사용한다. OpenStack 배포 후 테스트로 사용하는 이미지인데, 가볍기도 하고 내가 아는 가벼운 리눅스 이미지라 선택하였다.

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wget https://download.cirros-cloud.net/0.6.2/cirros-0.6.2-x86_64-disk.img

3단계: TAP 인터페이스 생성 스크립트 작성#

QEMU VM이 사용할 TAP 인터페이스를 생성하고, 이를 브리지에 연결하기 위한 스크립트를 작성한다. 이 스크립트는 QEMU가 시작될 때 자동으로 실행된다.

qemu-ifup.sh 파일을 생성하고 다음 내용을 추가한다:

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#!/bin/bash
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# TAP 인터페이스 이름 (예: tap0)
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TAP_DEV=$1
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# 브리지 이름 (예: br0)
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BRIDGE_DEV="br0"
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# TAP 인터페이스 생성 및 IP 설정 (IP는 게스트 OS에 따라 조절)
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sudo ip tuntap add dev "$TAP_DEV" mode tap
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sudo ip link set "$TAP_DEV" up
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# 브리지에 TAP 인터페이스 연결
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sudo brctl addif "$BRIDGE_DEV" "$TAP_DEV"
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echo "TAP interface $TAP_DEV added to bridge $BRIDGE_DEV"

스크립트 실행 권한을 부여한다.

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chmod +x qemu-ifup.sh

4단계: 브리지 생성 및 TAP 인터페이스 연결#

QEMU VM과 NetNS를 연결할 리눅스 브리지(br0)를 생성한다.

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sudo ip link add name br0 type bridge
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sudo ip link set br0 up
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sudo ip a add 10.16.0.1/24 dev br0

• sudo ip link add name br0 type bridge는 br0이라는 이름의 새로운 브리지 인터페이스를 생성한다.
• sudo ip link set br0 up은 생성된 br0 브리지를 활성화한다.
• sudo ip a add 10.16.0.1/24 dev br0은 브리지 br0에 10.16.0.1/24 IP 주소를 할당한다. 이 IP 주소는 호스트가 브리지를 통해 가상 머신이나 NetNS와 통신할 때 사용되는 게이트웨이 역할을 한다.

5단계: QEMU VM 실행#

이제 QEMU를 사용하여 VM을 실행한다. -netdev tap,id=tap0,script=./qemu-ifup.sh,downscript=yes 옵션을 사용하여 TAP 인터페이스를 통해 호스트의 브리지(br0 등)에 VM을 연결하고, QEMU가 시작될 때 qemu-ifup.sh 스크립트가 실행되도록 한다. 이 스크립트는 TAP 인터페이스를 생성하고 미리 정의된 브리지에 연결하는 역할을 한다. VM 종료 시 downscript가 실행되지는 않지만, TAP 인터페이스는 자동으로 해제된다.

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sudo qemu-system-x86_64 -hda cirros-0.6.2-x86_64-disk.img -m 512 -smp 1 -netdev tap,id=tap0,script=./qemu-ifup.sh,downscript=yes -device virtio-net-pci,netdev=tap0 -nographic

• -hda cirros-0.6.2-x86_64-disk.img는 VM의 주 하드 디스크 이미지로 cirros-0.6.2-x86_64-disk.img 파일을 사용한다는 의미이다.
• -m 512는 VM에 512MB 메모리를 할당한다.
• -smp 1은 VM에 1개의 가상 CPU 코어를 할당한다.
• -netdev tap,id=tap0,script=./qemu-ifup.sh,downscript=yes는 tap0이라는 ID를 가진 TAP 네트워크 장치를 생성한다.
  • script=./qemu-ifup.sh는 QEMU가 이 TAP 장치를 활성화할 때 ./qemu-ifup.sh 스크립트를 실행하도록 지시한다. 이 스크립트는 TAP 인터페이스를 생성하고 이를 호스트의 브리지(예: br0)에 연결한다.
  • downscript=yes는 QEMU 종료 시 TAP 인터페이스를 자동으로 정리하도록 한다. 일반적으로 브리지에 연결된 TAP은 수동으로 관리해야 하지만, 이 옵션을 사용하면 QEMU가 기본적인 정리 작업을 수행한다.
• -device virtio-net-pci,netdev=tap0는 virtio 드라이버를 사용하는 가상 네트워크 카드를 생성하고, 이를 위에서 정의한 tap0 네트워크 장치에 연결한다. virtio는 가상화 환경에서 높은 성능을 제공하는 장치 드라이버이다.
• -nographic은 그래픽 인터페이스 없이 콘솔 모드로 QEMU VM을 실행하는 옵션이다.

VM이 부팅되면 콘솔이 나타날 것이다. CirrOS의 경우, 부팅 후 자동으로 로그인되거나 로그인 프롬프트가 나타날 것이다.

6단계: QEMU VM 내부 네트워크 설정#

QEMU VM이 부팅된 후, 로그인(user:cirros,pw:gocubsgo)을 완료하고 VM 내부에서 네트워크 인터페이스에 IP 주소를 할당하고 기본 경로를 설정해야 한다. 이는 VM이 호스트의 브리지 및 NetNS와 통신할 수 있도록 한다.

• CirrOS와 같은 클라우드 이미지는 초기 부팅 시 메타 정보를 불러오거나 DHCP 서버를 통해 네트워크 설정을 시도한다. 테스트 환경에서는 불가능하므로 관련 메시지(예: Link-Local IP 관련)가 나타날 수 있다. 이러한 메시지는 설정이 아직 완료되지 않았음을 나타내는 것이므로, 기다리면 넘어갈 수 있다.

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# eth0에 IP 주소 할당
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sudo ip addr add 10.16.0.5/24 dev eth0
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# 기본 경로(default route) 설정
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sudo ip route add default via 10.16.0.1

• sudo ip addr add 10.16.0.5/24 dev eth0는 QEMU VM 내부의 eth0 네트워크 인터페이스에 10.16.0.5/24 IP 주소를 할당한다. 이 IP 주소는 VM의 고유 식별자로 사용된다.
• sudo ip route add default via 10.16.0.1은 VM의 기본 게이트웨이를 10.16.0.1(호스트의 브리지 IP)로 설정한다. 이는 VM이 자신과 동일한 서브넷에 없는 다른 네트워크로 패킷을 전송할 때 10.16.0.1을 통해 라우팅되도록 한다.

7단계: NetNS 생성 및 브리지 연결#

이제 네트워크 네임스페이스(NetNS)를 생성하고 이를 br0에 연결한다. NetNS는 격리된 네트워크 스택을 제공하여 독립적인 네트워크 환경을 구축할 수 있게 한다.

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# NetNS 생성
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sudo ip netns add navy
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# veth pair 생성
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sudo ip link add veth-br type veth peer name veth-navy
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# veth0을 호스트 브리지에 연결
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sudo brctl addif br0 veth-br
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sudo ip link set veth-br up
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# veth1을 NetNS 내부로 이동
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sudo ip link set veth-navy netns navy
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# NetNS 내부 veth1 인터페이스 활성화 및 IP 할당
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sudo ip netns exec navy ip link set veth-navy up
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sudo ip netns exec navy ip addr add 10.16.0.2/24 dev veth-navy
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sudo ip netns exec navy ip route add default via 10.16.0.1

8단계: 네트워크 통신 테스트#

이제 호스트의 NetNS와 QEMU VM 간의 통신을 테스트한다.

NetNS에서 QEMU VM으로 Ping 테스트:

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sudo ip netns exec navy ping 10.16.0.5 -c 2

결과 확인

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PING 10.16.0.5 (10.16.0.5) 56(84) bytes of data.
2
64 bytes from 10.16.0.5: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.922 ms
3
64 bytes from 10.16.0.5: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.664 ms
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5
--- 10.16.0.5 ping statistics ---
6
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1045ms
7
rtt min/avg/max/mdev = 0.664/0.793/0.922/0.129 ms

QEMU VM에서 NetNS로 Ping 테스트:

QEMU VM 콘솔에서 다음 명령어를 실행한다.

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ping 10.16.0.2 -c 2

결과 확인

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PING 10.16.0.2 (10.16.0.2) 56(84) bytes of data.
2
64 bytes from 10.16.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.695 ms
3
64 bytes from 10.16.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=1.53 ms
4

5
--- 10.16.0.2 ping statistics ---
6
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1002ms
7
rtt min/avg/max/mdev = 0.695/1.113/1.532/0.418 ms

양쪽에서 성공적으로 Ping 응답이 온다면, NetNS와 QEMU VM이 브리지를 통해 서로 통신하는 것을 확인할 수 있다.

9단계: 외부 인터넷과 연결#

이제 QEMU VM과 NetNS가 외부 인터넷과 통신할 수 있도록 네트워크 주소 변환(NAT)을 설정해야 합니다. 호스트 서버의 네트워크 인터페이스(enp0s3 등)를 통해 내부 가상 네트워크의 트래픽이 외부로 나갈 수 있도록 설정하는 과정입니다.

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sudo sysctl -w net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1
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sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
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sudo iptables -I FORWARD 1 -s 10.16.0.0/24 -j ACCEPT
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sudo iptables -I FORWARD 2 -o br0 -j ACCEPT
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sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.16.0.0/24 -o enp0s3 -j MASQUERADE

이 설정이 완료되면 QEMU VM 내부에서 외부 인터넷으로 ping 테스트를 수행하여 연결 상태를 확인할 수 있습니다.

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ping 8.8.8.8 -c 2

결과 확인

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PING 8.8.8.8 (8.8.8.8) 56(84) bytes of data.
2
64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=1 ttl=119 time=29.4 ms
3
64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=2 ttl=119 time=28.2 ms
4

5
--- 8.8.8.8 ping statistics ---
6
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1002ms
7
rtt min/avg/max/mdev = 28.243/28.799/29.355/0.556 ms

9단계: 정리#

테스트가 완료되면 생성한 자원들을 정리할 수 있다. VM의 경우 터미널을 종료하면 자동으로 VM도 종료되고 tap 자원도 회수될 것이다.

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# QEMU VM 종료 (QEMU 콘솔에서 Ctrl+A, then X 또는 QEMU 프로세스 종료)
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# NetNS 삭제
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sudo ip netns del navy
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# veth pair 삭제
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sudo ip link del veth-br
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# 브리지 삭제
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sudo ip link del br0