虚拟机和物理机网络怎么互通，物理机与虚拟机连通

***：虚拟机和物理机的网络互通是一个重要需求。实现二者连通有多种方式。如果采用桥接模式，虚拟机如同局域网中的一台独立主机，与物理机处于同一网段从而互通。NAT模式下，虚拟机通过物理机网络地址转换来访问外部网络，物理机可与虚拟机通信。还有仅主机模式，构建独立于外部网络的内部网络实现连接。不同模式各有特点，需根据具体网络需求、安全要求等选择合适方式达成二者的连通。

本文目录导读：

1. 物理机与虚拟机网络互通的基础原理
2. 常见的物理机与虚拟机网络互通模式
3. 物理机与虚拟机网络互通的故障排除

《物理机与虚拟机网络互通全解析：原理、方法与实践》

在现代计算机技术的应用场景中，物理机与虚拟机之间的网络互通是一个非常重要的话题，无论是在企业数据中心进行服务器整合与资源优化，还是在个人开发者进行多系统环境的测试与开发，都需要实现物理机与虚拟机之间的高效、稳定的网络连接，这不仅涉及到网络基础原理的理解，还需要掌握多种不同的技术实现手段，以及在实际应用中解决可能遇到的各种问题。

物理机与虚拟机网络互通的基础原理

（一）网络分层模型

1、OSI七层模型

- 物理层：负责处理物理介质上的信号传输，如网线中的电信号或光纤中的光信号，在物理机与虚拟机网络互通中，物理机的网卡以及虚拟机所模拟的虚拟网卡都需要遵循物理层的相关标准，如以太网的电气特性标准。

- 数据链路层：主要功能是将物理层的原始信号转换为数据帧，并进行错误检测和纠正，对于虚拟机来说，虚拟网卡要像物理网卡一样在数据链路层进行帧的封装和解封装，MAC地址就在数据链路层起作用，虚拟机的虚拟网卡也有自己的MAC地址，通过MAC地址来识别网络中的不同设备。

- 网络层：负责将数据从一个网络节点传输到另一个网络节点，主要协议是IP协议，在物理机与虚拟机网络互通时，需要为虚拟机分配合适的IP地址，这个IP地址可以是与物理机在同一网段（用于桥接模式等情况），也可以是通过NAT（网络地址转换）技术映射到物理机所在网络的其他地址。

- 传输层：提供端到端的通信服务，如TCP和UDP协议，当物理机与虚拟机之间进行网络应用通信时，如通过SSH协议进行远程登录（基于TCP协议）或者进行简单的UDP数据传输，传输层协议确保数据的可靠传输（TCP）或者高效传输（UDP）。

- 会话层、表示层和应用层：这三层在物理机与虚拟机网络互通中也起着重要作用，应用层的HTTP协议可以用于在物理机和虚拟机之间进行Web服务的访问。

2、TCP/IP四层模型

- 网络接口层：相当于OSI模型中的物理层和数据链路层，在物理机与虚拟机网络互通中，涉及到网络接口的配置和数据帧的处理。

- 网络层：与OSI网络层功能类似，主要是IP地址的分配和路由选择。

- 传输层：包含TCP和UDP协议，保障数据的传输特性。

- 应用层：涵盖各种网络应用协议，是物理机和虚拟机之间进行实际应用交互的层面。

（二）网络地址与路由

1、IP地址

- 在同一网络中，物理机和虚拟机要实现互通，IP地址的规划非常重要，如果采用桥接模式，虚拟机可以直接获取与物理机所在网络相同网段的IP地址，物理机所在网络的IP地址段为192.168.1.0/24，虚拟机可以被分配一个如192.168.1.100的IP地址。

- 对于NAT模式，虚拟机的IP地址是虚拟机软件内部网络的地址，如10.0.2.15，然后通过物理机的NAT功能将虚拟机的内部网络地址转换为物理机所在网络的外部地址进行通信。

2、子网掩码与网关

- 子网掩码用于确定IP地址中的网络部分和主机部分，在物理机与虚拟机网络互通中，子网掩码必须正确设置，对于192.168.1.0/24网段，子网掩码为255.255.255.0。

- 网关是连接不同网络的设备或节点，在物理机与虚拟机网络互通中，如果虚拟机要访问物理机所在网络之外的网络，就需要正确设置网关，物理机可以作为虚拟机的网关（在某些网络模式下）。

3、路由原理

- 当物理机和虚拟机不在同一网段时，需要通过路由来实现通信，路由表记录了不同网络之间的转发路径，在企业网络环境中，可能存在多个路由器，物理机和虚拟机的网络流量需要根据路由表中的信息进行转发，如果虚拟机要访问互联网，而物理机通过企业路由器连接互联网，那么物理机和虚拟机之间以及虚拟机到互联网之间的路由路径都需要正确配置。

常见的物理机与虚拟机网络互通模式

（一）桥接模式

1、原理

- 桥接模式下，虚拟机的虚拟网卡就像物理机中的一块独立网卡一样，直接连接到物理网络上，虚拟机在网络中的地位等同于一台独立的物理机，虚拟机的网络数据包直接通过物理机的网卡传输到物理网络中，不需要经过物理机的操作系统进行额外的网络地址转换。

2、配置步骤（以VMware Workstation为例）

- 在VMware Workstation中创建虚拟机时，在网络连接选项中选择桥接模式。

- 启动虚拟机后，虚拟机的操作系统会自动检测网络环境，就像在物理机上安装操作系统一样，如果物理机所在网络使用DHCP服务器分配IP地址，虚拟机也会通过DHCP获取到与物理机在同一网段的IP地址。

- 如果是静态IP地址配置，需要按照物理机所在网络的IP地址规划，为虚拟机设置合适的IP地址、子网掩码、网关和DNS服务器地址。

3、优缺点

优点

- 虚拟机可以直接与物理网络中的其他设备通信，包括其他物理机、路由器、交换机等，网络功能最完整。

- 便于虚拟机在网络中的管理和部署，例如可以直接对虚拟机进行网络扫描、远程登录等操作，就像操作物理机一样。

缺点

- 如果物理网络的安全性要求较高，虚拟机直接连接到物理网络可能会带来安全风险，因为虚拟机可能会被视为物理网络中的一个独立节点而受到网络攻击。

- 对物理网络的资源占用较大，因为虚拟机的网络流量直接占用物理网络的带宽，可能会影响物理机和其他物理设备的网络性能。

（二）NAT模式

1、原理

- NAT模式下，虚拟机在一个内部的虚拟网络中，这个虚拟网络由虚拟机软件创建，虚拟机的IP地址是这个虚拟网络内部的地址，例如VMware Workstation默认的NAT网络中，虚拟机的IP地址可能在10.0.2.0/24网段，虚拟机要访问外部网络（如物理机所在的网络或者互联网）时，虚拟机的网络数据包先发送到虚拟机软件在物理机上创建的虚拟NAT设备，这个虚拟NAT设备将虚拟机的内部IP地址转换为物理机的IP地址（或者物理机所在网络的其他外部地址），然后再将数据包发送到外部网络。

2、配置步骤（以VMware Workstation为例）

- 在创建虚拟机时，网络连接选择NAT模式。

- 虚拟机启动后，其内部网络已经自动配置好，通常不需要手动修改IP地址等网络参数（如果需要自定义内部网络，可以通过虚拟机软件的网络设置进行调整）。

- 如果虚拟机要访问互联网，物理机需要能够正常访问互联网，并且物理机的网络连接共享或者NAT功能需要正常工作。

3、优缺点

优点

- 虚拟机的网络配置相对简单，不需要过多考虑与物理机所在网络的IP地址冲突等问题，因为虚拟机在自己的内部虚拟网络中。

- 安全性相对较高，因为虚拟机在内部虚拟网络中，外部网络无法直接访问虚拟机，只有虚拟机主动发起的连接才能通过NAT设备与外部网络通信。

缺点

- 虚拟机在外部网络看来是一个单一的IP地址（物理机的IP地址或者NAT转换后的地址），这可能会在某些需要外部网络直接访问虚拟机的应用场景下受到限制，例如在虚拟机上搭建的Web服务器，如果要让外部网络用户直接访问，需要进行额外的端口转发配置。

- 由于NAT转换的存在，网络性能可能会受到一定影响，尤其是在高流量的网络应用场景下。

（三）仅主机模式

1、原理

- 仅主机模式下，虚拟机只能与物理机进行通信，虚拟机与物理机组成一个封闭的网络，虚拟机的网络数据包只在这个封闭网络中传输，不会发送到物理机所在的外部网络，这个封闭网络由虚拟机软件创建，虚拟机和物理机在这个网络中有各自的IP地址。

2、配置步骤（以VMware Workstation为例）

- 在创建虚拟机时，选择仅主机模式。

- 虚拟机启动后，其IP地址是虚拟机软件为仅主机模式网络分配的地址，物理机需要在对应的网络接口上配置与虚拟机在同一网段的IP地址（如果物理机需要与虚拟机通信）。

- 如果要在物理机和虚拟机之间进行文件共享或者其他网络服务通信，需要在物理机和虚拟机上分别配置相应的服务，例如在物理机和虚拟机上安装并配置Samba服务（用于Linux系统之间或者Linux与Windows系统之间的文件共享）。

3、优缺点

优点

- 安全性极高，因为虚拟机与外部网络完全隔离，只有物理机可以与虚拟机进行通信，适合用于一些安全要求严格的实验环境或者开发环境。

- 可以方便地在物理机和虚拟机之间进行本地网络通信，不需要担心外部网络的干扰。

缺点

- 虚拟机无法直接访问外部网络，限制了其应用范围，例如无法直接从虚拟机访问互联网上的资源或者更新软件。

- 如果要在物理机和虚拟机之间共享外部网络资源，需要在物理机上进行额外的代理或者转发设置。

四、基于不同操作系统的物理机与虚拟机网络互通实现

（一）Windows物理机与虚拟机（以Windows Server 2019为例）

1、桥接模式下的实现

- 在Windows物理机上安装虚拟机软件（如Hyper - V）。

- 创建虚拟机时选择桥接模式，如果物理机有多个网卡，需要选择合适的网卡进行桥接。

- 对于虚拟机中的Windows Server 2019操作系统，在网络设置中，如果使用DHCP，会自动获取与物理机在同一网段的IP地址，如果是静态IP地址设置，需要根据物理机所在网络的IP地址规划进行设置，包括IP地址、子网掩码、网关和DNS服务器地址。

- 测试网络互通可以通过在物理机和虚拟机上互相ping对方的IP地址，如果能够ping通，则说明网络互通正常。

2、NAT模式下的实现

- 在Hyper - V中创建虚拟机并选择NAT模式。

- 虚拟机中的Windows Server 2019操作系统启动后，其网络已经自动配置好内部网络地址，如果要访问外部网络，需要确保物理机的NAT功能正常工作。

- 可以通过在虚拟机中打开浏览器访问互联网网站来测试是否能够通过NAT模式访问外部网络。

3、仅主机模式下的实现

- 选择仅主机模式创建虚拟机。

- 在物理机上，需要进入Hyper - V的虚拟交换机管理器，为仅主机模式的虚拟交换机配置合适的IP地址。

- 在虚拟机中的Windows Server 2019操作系统中，设置与物理机在同一网段的IP地址（根据虚拟交换机的IP地址规划），然后可以通过在物理机和虚拟机上互相ping对方的IP地址来测试网络互通。

（二）Linux物理机与虚拟机（以Ubuntu为例）

1、桥接模式下的实现

- 在Linux物理机上安装虚拟机软件（如KVM）。

- 在创建虚拟机时，将网络设置为桥接模式，对于KVM，需要配置桥接网络接口，例如创建一个名为br0的桥接接口，将物理机的网卡（如eth0）添加到这个桥接接口中。

- 在虚拟机中的Ubuntu操作系统启动后，如果使用DHCP，会自动获取与物理机在同一网段的IP地址，如果是静态IP地址设置，需要编辑网络配置文件（如/etc/network/interfaces），设置IP地址、子网掩码、网关和DNS服务器地址。

- 可以通过在物理机和虚拟机上执行“ping”命令来测试网络互通。

2、NAT模式下的实现

- 在KVM中创建虚拟机并设置为NAT模式。

- KVM通常使用libvirt来管理虚拟机的网络，在libvirt的网络配置文件（如默认的NAT网络配置文件）中，可以对NAT网络进行定制化设置，如IP地址范围等。

- 虚拟机中的Ubuntu操作系统启动后，其内部网络已经自动配置好，可以通过在虚拟机中执行一些网络相关的命令（如“traceroute”命令查看网络路由）来测试是否能够通过NAT模式访问外部网络。

3、仅主机模式下的实现

- 创建虚拟机并设置为仅主机模式。

- 在物理机上，需要为仅主机模式的网络接口配置IP地址，在虚拟机中的Ubuntu操作系统中，设置与物理机在同一网段的IP地址。

- 可以通过在物理机和虚拟机之间建立SSH连接（如果安装了SSH服务）来测试网络互通，或者通过共享文件夹等方式测试本地网络通信。

五、物理机与虚拟机网络互通中的安全问题与解决方案

（一）安全问题

1、网络攻击风险

- 在桥接模式下，虚拟机直接连接到物理网络，容易受到来自物理网络中的恶意扫描、DDoS攻击等，黑客可能会扫描虚拟机开放的端口，寻找可利用的漏洞进行攻击。

- 在NAT模式下，如果虚拟机内部的服务存在漏洞，并且通过端口转发暴露在外部网络中，也可能会受到网络攻击。

2、数据泄露风险

- 如果物理机与虚拟机之间的网络通信没有进行加密，在网络传输过程中，数据可能会被窃取，在企业环境中，物理机与虚拟机之间传输的敏感业务数据可能会被网络中的嗅探器截获。

3、虚拟机逃逸风险

- 在某些情况下，恶意用户可能会利用虚拟机中的漏洞，突破虚拟机的限制，进而访问物理机或者物理网络中的其他资源，这就是所谓的虚拟机逃逸风险。

（二）解决方案

1、防火墙设置

- 在物理机和虚拟机上都可以设置防火墙，在Windows系统中，可以使用Windows防火墙，在Linux系统中，可以使用iptables或者ufw等防火墙工具，通过设置防火墙规则，可以限制对虚拟机和物理机的网络访问，只允许合法的网络连接，可以只允许特定IP地址段对虚拟机特定端口的访问。

2、加密通信

- 采用加密的网络协议进行物理机与虚拟机之间的通信，在远程登录虚拟机时，可以使用SSH协议，SSH协议采用加密技术，确保在网络传输过程中的数据安全，对于文件共享等网络服务，可以采用加密的文件传输协议，如SFTP（基于SSH的文件传输协议）或者SCP（安全拷贝协议）。

3、漏洞管理

- 定期对物理机和虚拟机的操作系统、应用程序进行漏洞扫描和更新，在虚拟机软件方面，也要及时更新到最新版本，以修复可能存在的安全漏洞，VMware等虚拟机软件厂商会定期发布安全补丁，及时安装这些补丁可以降低虚拟机逃逸等风险。

物理机与虚拟机网络互通的故障排除

（一）网络连接失败

1、检查网络模式设置

- 如果是桥接模式，首先检查物理机的网卡是否正常工作，可以通过在物理机上查看网卡的状态，例如在Windows系统中查看设备管理器中的网卡状态，在Linux系统中查看网卡的网络连接状态（如“ifconfig”或“ip addr show”命令）。

- 确保虚拟机的桥接模式设置正确，选择了正确的物理机网卡进行桥接，如果物理机有多个网卡，可能会出现选错网卡导致网络连接失败的情况。

- 对于NAT模式，检查虚拟机软件中的NAT设置是否正常，在VMware Workstation中，查看虚拟网络编辑器中的NAT设置，确保NAT服务正在运行。

- 在仅主机模式下，检查物理机和虚拟机的IP地址是否在同一网段，并且检查物理机上对应仅主机模式网络接口的设置是否正确。

2、IP地址相关问题

- 如果是静态IP地址设置，检查IP地址是否与网络中的其他设备冲突，在桥接模式下，虚拟机的IP地址必须是物理机所在网络中未被使用的地址。

- 检查子网掩码、网关和DNS服务器地址的设置是否正确，如果网关设置错误，虚拟机将无法访问外部网络（在需要访问外部网络的情况下），如果DNS服务器地址设置错误，可能会导致无法进行域名解析，从而影响网络应用的正常使用。

（二）网络性能低下

1、带宽占用问题

- 在桥接模式下，如果虚拟机的网络流量过大，可能会占用大量物理网络的带宽，导致物理机和其他物理设备的网络性能下降，可以通过网络流量监控工具（如Windows系统中的任务管理器中的网络选项卡，Linux系统中的“iftop”或“nethogs”命令）来查看虚拟机的网络流量情况。

- 如果是NAT模式，在高流量情况下，NAT转换可能会成为性能瓶颈，可以考虑升级物理机的硬件性能，如CPU和内存，以提高NAT转换的效率。

2、网络配置优化

- 优化物理机和虚拟机的网络配置，在Linux系统中，可以调整网络缓冲区的大小来提高网络性能，在Windows系统中，可以调整网卡的高级属性，如中断调节等设置。

- 对于虚拟机软件，也可以进行一些网络性能优化的设置，在VMware Workstation中，可以调整虚拟