基于VirutalBox搭建虚拟机间互通的可访问公网的mini主机群

目标

1. 在单台PC机上安装3+台虚拟机^[1]
2. 这些虚拟机间可以相互访问
3. 宿主机^[2]与虚拟机可以相互访问
4. 虚拟机可以访问公网

本文将采用 NAT + Host-Only 双网卡的方式实现上述目标，因为采用这种组合来实现是很简单的，需要做的配置也非常少。

前置条件

本文仅在以下环境下验证通过，如果您的情况与此有差异，则全文内容仅供参考

• windows11
• virtual box7.0
• ubuntu18.04

另外，需要宿主电脑至少预留40~60G空闲磁盘，用来安装VirtualBox和虚拟机。

搭建流程

主要有以下几步：

1. 安装VirtualBox
2. 创建虚拟机并安装Ubuntu系统
3. 配置Ubuntu网络
   　

安装VirtualBox

下载VirtualBox

VirtualBox的安装比较简单，本文使用的是当前（2023年2月）最新的7.0版本，点击这里直接下载。

安装VirtualBox

下载后，双击安装文件（如果下载的是归档或压缩文件，请先解压），如果不需要特别指定安装目录的话，一直点击〔下一步〕，直到安装结束即可。

如果需要将VirtualBox安装到指定目录，可以在安装向导界面上进行设置。
　

创建虚拟机并安装系统

下载Ubuntu

可直接点击这里下载ubuntu18.04的种子文件，下面列出ubuntu相关的资源清单

• ubuntu18.04.iso光盘镜像文件
• ubuntu18.04归档目录
• ubuntu所有文件归档目录
• ubuntu官方网站
• ubuntu18.04 版本发布说明文档
• ubuntu的阿里镜像

您也可以选择其它旧的发行版或最新的稳定版本。本文选择了18.04（版本代号为Bionic Beaver）这个版本，一来这是一个LTS版本, 官方宣称会支持10年，
同时它体积小，安装时默认的〔使用整个磁盘〕功能比较符合我们个人学习研究的感观，简而之，这个版本的安装过程和安装后使用都比较省事。

另外，建议下载live版本的ISO文件，相对于非Live版本而言，它的安装向导提供了更多的可配置项，特别是初始的用户名和密码。更多live-server与非live版本的差异，见ubuntu18.04 版本发布说明文档

创建虚拟机

将先创建一个原型虚拟机，再基于它复制其它的虚拟机。原型机的基本信息如下：

step1. 运行VirtualBox程序，打开程序主窗体界面。

step2. 指定虚拟机名称和操作系统

在主界面上点击【新建(N)】图标，调出虚拟机创建对话框，在对话框中，根据个人宿主机电脑实际情况，依次设置虚拟机名称、虚拟机文件存放目录和操作系统ISO安装文件的路径。如下图所示：

关于图中的第①步，即：Skip Unattended Installation 这一选项，请勾选该选项。VirtualBox识别出了ubuntu-18.04-live-server-amd64.iso文件，表示它内建了对该系统的支持，能够以全自动的、无人值守的方式安装该操作系统。因此，在一下步中，会多出一个主机名称、系统初始用户名称、昵称、密码设置的对话框，这些信息用于VirtualBox之后对ubuntu系统的自动安装任务。

但经过验证，VirtualBox的自动安装（即 Unattached Installation）是不行的。至少针对ubuntu-18.04这个版本，在我的电脑上没有成功。因此要勾选Skip Unattached Installation这个选项，以跳过自动安装。

依次单击菜单栏的〔控制(M)〕 → 新建(N) ，或按下 Ctr+N 快捷键也可以调出虚拟机创建对话框。

step3. 分配物理内存和CPU

单击〔下一步〕进入物理内存和CPU的分配设置对话框。根据自己电脑的物理CPU核数和内存进行适当减配即可。如下图所示：

step4. 分配磁盘空间

单击〔下一步〕进入对话框。这个比较简单，为虚拟机指定好磁盘大小即可。

step5. 虚拟机参数确认

单击〔下一步〕，对话框将显示前4步设置的所有内容，确认无误后，单击〔完成〕即可。完成后VirtualBox主界面左侧面板中，会多出一个图标来，其名称为ubuntu-a，它就是我们刚刚新的虚拟机。另外，在磁盘上也会多出一个文件夹来（本文中这个文件夹位置为：E:\Data\VirutalMachine\ubuntu-a）

step6. 为虚拟机安装ubuntu系统

在VirtualBox的主界面，双击刚刚创建的虚拟机机图标，启动虚拟机，进入ubuntu操作系统的安装进程。根据安装向导，一步步输入自己的参数即可。除了初始的主机名称和登录账户信息外，其它的直接使用默认设置就可以了。

Ubuntu系统基本设置（可选）

一般来说，刚安装的系统，里边的软件包大多都过时了，因此需要更新系统的软件包

step1. 更改软件包源

先执行如下命令，备份之前的APT源配置文件。

cd /etc/apt/                               # 进入apt源配置目录sudo cp sources.list sources.list.origion  # 备份apt源配置

然后使用阿里的ubuntu软件包源，替换掉官方默认的源，即使用以下内容，覆盖source.list文件内容

deb https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiversedeb-src https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiversedeb https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiversedeb-src https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiversedeb https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiversedeb-src https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse# deb https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse# deb-src https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiversedeb https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiversedeb-src https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse

step2. 更新系统软件包

直接执行以下命令即可。该命令的执行时长较长，请耐心等待 ?

sudo apt update && upgrade

其中的apt命令也可以换成apt-get，多数情况下，二者是等效的，详细差异见这里。

另外，关于命令update与upgrade的区别，这里有较为详细的讲解。

以上命令需要访问公网。VirtualBox7在创建虚拟机时，会默认配置一个NAT类型的网卡，只要宿主机能访问公网，通过该网卡虚拟机就能访问到公网。

网络设置

终于进入到最重要的网络设置了。目前为止，文章开头的4个目标，只有目标4彻底完成了，可以在虚拟机内输入ping www.bing.com验证是否可以连接公网。

但我们似乎什么也没做，这是因为VirtualBox在新建虚拟机时，默认添加了一张类型为NAT的网卡。只要宿主机能上网，目标4就已经完成了。

右击VirtualBox主界面上的ubuntu-a虚拟机图标，单击弹出菜单中的〔设置〕项，以打开虚拟机设置面板，选中〔网络〕选项卡。此时，右侧网卡列表中的〔网卡1〕就是默认的NAT网卡，如下图所示：

此时，宿主机还不能连接到虚拟机，在虚拟机中输入ifconfig -a查看其IP地址，其中的enp03就是默认的那张NAT网卡，如下所示。本示例中，其IP地址为：10.0.2.15 。 如果在宿主机中ping这个ip是会失败的。

enp0s3: flags=4163  mtu 1500        inet 10.0.2.15  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.0.2.255        ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯        inet6 fe80::a00:27ff:feb6:1744  prefixlen 64  scopeid 0x20        ether 08:00:27:b6:17:44  txqueuelen 1000  (Ethernet)        RX packets 140099  bytes 156313416 (156.3 MB)        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0        TX packets 45269  bytes 2765605 (2.7 MB)        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0lo: flags=73  mtu 65536        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)        RX packets 132  bytes 12334 (12.3 KB)        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0        TX packets 132  bytes 12334 (12.3 KB)        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

接下来，我们就要完成目标2和目标3。

添加host-only网卡

依次如下操作：

• 打开ubuntu-a虚拟机的设置面板，切换到〔网络〕选项卡，点击〔网卡2〕。
• 勾选〔启用网络连接(E)〕属性
• 打开〔连接方式(A)〕的下拉列表，选择「仅主机(Host-Only)网络」
• 〔名称(N)〕属性栏，选择 VirtualBox Host-Only Ethernet Network

网络设置中，还有一组高级(advanced)属性，这些采用默认的值即可，无需特别配置

整个设置界面如下图所示：

刚刚已经为ubuntu-a虚拟机新添加了一张Host-Only类型的网卡。现在我们要启动该主机，进入系统查看一下该网卡在运行起来后，获得的ip是多少。

重启后，在虚拟机中输入ifconfig -a，将得到类似下面这样的输出(略去了回环网卡)

enp0s3: flags=4163  mtu 1500        inet 10.0.2.15  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.0.2.255        inet6 fe80::a00:27ff:feb6:1744  prefixlen 64  scopeid 0x20        ether 08:00:27:b6:17:44  txqueuelen 1000  (Ethernet)        RX packets 20  bytes 3630 (3.6 KB)        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0        TX packets 47  bytes 4716 (4.7 KB)        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0enp0s8: flags=4163  mtu 1500        ether 08:00:27:d6:ec:0e  txqueuelen 1000  (Ethernet)        RX packets 0  bytes 0        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0        TX packets 0  bytes 0        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

上面的enp0s8网卡，就是新添加的Host-Only网卡，但不幸的是，相对于enp03而言，这张网卡是没有分配到IP地址的。那也就不可用了，为什么会这样呢？与NAT网卡不同，Host-Only网卡很特殊，它还需要在操作系统中进行相关的网络设置才能发挥作用。

ubuntu 18.04 引入了netplan来管理网络，其配置文件位于/etc/netplan目录下，其中有个.yml后缀的文件，使用vim编辑该文件^[3], 结果如下

network:    ethernets:        enp0s3:            addresses: []            dhcp4: true            optional: true        enp0s8:                         # 该节点（包含其子节点的内容）是新添加的            addresses:                - 192.168.56.101/24            dhcp4: false            optional: true    version: 2

其中的enp03节点是之前的内容，enp08是本次添加的内容。可以看到，我们手动将网卡2的ip地址设置为了192.168.56.101，并禁用了DHCP

1. 也可以将Host-Only网卡的IP配置成DHCP方式动态获取。但配置为静态ip有个好处，就是虚拟机重启后，其IP地址是不会变的，而DHCP方式是有可能会改变，这不利于在多个虚拟机上部署集群软件。
2. 这里有一篇关于netplan的快速操作中文博客，可以参考一下

netplan的配置文件编辑好后，执行以下命令验证配置是否正确

sudo netplan try

验证无误后，可以选择直接生效（回车即可），此时再执行ifconfig -a命令查看，会得到类似下面的结果(略去了回环网卡)

enp0s3: flags=4163  mtu 1500        inet 10.0.2.15  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.0.2.255        inet6 fe80::a00:27ff:feb6:1744  prefixlen 64  scopeid 0x20        ether 08:00:27:b6:17:44  txqueuelen 1000  (Ethernet)        RX packets 20  bytes 3630 (3.6 KB)        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0        TX packets 47  bytes 4716 (4.7 KB)        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0enp0s8: flags=4163  mtu 1500        inet 192.168.56.101  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.56.255        ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯        inet6 fe80::a00:27ff:fed6:ec0e  prefixlen 64  scopeid 0x20        ether 08:00:27:d6:ec:0e  txqueuelen 1000  (Ethernet)        RX packets 76  bytes 9568 (9.5 KB)        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0        TX packets 59  bytes 11698 (11.6 KB)        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

下划线标识出来的部分，就是我们刚刚手动为Host-Only网卡分配的ip，那么宿主机是否可以ping得通这个IP呢？以下是笔者的电脑上执行ping命令的结果

C:\Users\Administrator>ping 192.168.56.101正在 Ping 192.168.56.101 具有 32 字节的数据:来自 192.168.56.101 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64来自 192.168.56.101 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64来自 192.168.56.101 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64来自 192.168.56.101 的回复: 字节=32 时间=1ms TTL=64192.168.56.101 的 Ping 统计信息:    数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，往返行程的估计时间(以毫秒为单位):    最短 = 0ms，最长 = 1ms，平均 = 0ms

可以看到，已经能ping得通了。

OK，是时候验证一下，在宿主机上是否可以通ssh方式连接（登录）虚拟机了。选择一款windows上的ssh连接工具(推荐MobaXTerm或XShell)，经验证，是可以连接成功的。

　　
现在，你一定有个疑问，为什么手动设置的IP是192.168.56.101，设置成192.168.139.101或者192.170.56.101行不行。答案是不行，因为VirtualBox7在宿主机上创建了一个名为VirtualBox Host-Only Network Adapter的虚拟网卡，如下图所示。这个网卡，就是我们在给虚拟机创建网卡2指定名称时选择的网卡。它默认的网段是192.168.56.0/24，并且该网卡默认开启了dhcp，dhcp的ip为192.168.56.100。因此我们可以手动给虚拟机配置的ip范围是：192.168.56.101 ~ 192.168.56.254。

那么这个默认的网段和dhcp的ip是否可以修改呢？是可以的，详见下一小节的问题一。

相关问题

问题一. host-only网卡的IP地址在哪里设置？

上面我们为host-only网卡设置的静态ip为192.168.56.101，且网段为192.168.56。正如上小节所述，这是因为在安装VirtualBox程序时，就默认在宿主机生成了一张host-only的网卡。我们在为虚拟机添加网卡时，只能选择网络类型，并不能为其单独设置ip和dhcp等。如果要为网卡设置一个不同的网段，比如：192.168.82.0/24，应该在全局的网络管理界面中去操作，因为网卡的创建也是全局的。

1. 点击VirtualBox主界面上左侧面板上的，工具 栏上右侧的菜单列表图标，此后会出现一个下拉菜单，点击其中的网络菜单项，这将使用主界面的右侧面板内容切换到全局的网络设置。如下图所示
   

2. 全局网络设置界面，默认显示的是Host-Only类型的网卡信息

   • 选中列表中的一个网卡（默认只有VirtualBox Host-Only Network Adapter）
   • 点击「适配器（Adapter）」TAB选项卡下的〔手动配置网卡〕，就可以设置ip和网段了
   • 勾选「DHCP服务器）」TAB选项卡下的〔启用服务器〕，就可以配置DHCP相关参数了

   

问题二. VirtualBox各种网络模式的都有什么用？

VirtualBox有多种网络模式，非运维人员对这些模拟出来的各种网络功能是搞不清楚的。我们一般也只想在本机建立一个文章开头所描述的那个经典场景。如果你想深入地了解它们，下面是一些可参考的博文

• VirtualBox网络配置官方手册
• VirtualBox网络配置超全详解-中文
• 这是上面那边博文的原始英文版本

　　
问题三. 添加Host-Only网卡时，下拉列表为空怎么办？

这种情况如果出现，基本上是安装VirtualBox时出现了错误。可以尝试在全局的网络管理界面中，点击创建图标新建一张Host-Only类型的网卡，如下图所示

如果创建失败，则表明安装的VirtualBox有问题，建议卸载重新安装，如果还不行，尝试安装其它的版本。
　

复制虚拟机

目前为止，我们仅创建了一台虚拟机，因此，目标1和目标2还未完成。完成这两个目标，最笨的办法，就是把创建虚拟机和设置网络的步骤，再重复做两遍。但这效率太低，我们可以借助VirtualBox提供的虚拟机复制功能，快速完成另外两台虚拟机的创建和设置。

step1. 复制虚拟机本体

以创建第二台虚拟机为例，按如下步骤操作：

1. 鼠标右击ubuntu-a虚拟机图标，在右键菜单中，选择〔复制〕，如下列图组中的第①项所示

2. 在弹出的虚拟机复制对话框中，依次设置相应属性（如下），示意图为下列图组中的第②项所示。设置完成后，点击〔下一步〕按钮

   • 名称栏(Name)，设置一个新的虚拟机名，如：ubuntu-b
   • 路径栏(Path)，与之前的虚拟机保持一致即可
   • 网卡地址策略栏(MAC Address Policy)，请务必选择「为所有网卡重新生成 MAC 地址」
   • 其它选项栏(Other Options)，该栏内的所有条目都不要勾选

3. 在副本类型设置对话框中，选中「完全复制」，如下列图组中的第③项所示。然后点击〔完成〕按钮

4. 虚拟机复制操作的所有属性设置就已经完成了，接下来VirtualBox开始正式执行复制，这会花费一些时间，如下列图组中的第④项所示。在复制完成后，在主界面的虚拟机列表栏会多出一个虚拟机图标，如图组中的第⑤项所示

　　
step2. 修改ip和主机名

新复制出来的主机，其主机名、登录账户、ip地址都与第一台虚拟机一样，这在做集群时是不行的，因此，至少需要将IP和主机名改掉。

1. 启动刚刚复制出来的虚拟机

2. 执行以下命令修改主机名

      sudo hostnamectl set-hostname ubuntu-b   # ubuntu-b是本示例中，要设置的新主机名

   修改主机名还有其它一些方法，参见这里

3. 执行命令sudo vim /etc/netplan/50-cloud-init.yaml打开网络配置文件^[3:1]

4. 修改文件中的enp0s8网卡(也就是Hony-Only类型的那张网卡)的ip，如下所示

   network:    ethernets:        enp0s3:            addresses: []            dhcp4: true            optional: true        enp0s8:             addresses:                - 192.168.56.102/24      # ip由复制前的101改成102            dhcp4: false            optional: true    version: 2

5. 验证虚拟机间的互访问性
   执行sudo reboot重启虚拟机，并将第一台虚拟机也启动起来。此时一共有两台虚拟机，并且都启动起来了，为方便描述，用ubuntu-a、ubuntu-b来分别代表第一台和第二台虚拟机。它们的ip分别是192.168.56.101和192.168.56.102

   • 选择一款SSH连接工具分别登录ubuntu-a和ubuntu-b，验证是否可以在宿主以上以SSH方式连接到虚拟机
   • 在ubuntu-a上，执行命令ping 192.168.5.102, 验证ubuntu-a是否可以访问ubuntu-b
   • 在ubuntu-b上，执行命令ping 192.168.5.101, 验证ubuntu-b是否可以访问ubuntu-a

至此，目标2和目标3已完成?

step3. 创建第3台虚拟机

整篇文章，只差最后一个小目标了，那就是需要创建至少3台虚拟机，即目标1。幸运的是，现在不用再从头开始一步步创建它了，请参考上一小节（即复制虚拟机）部分操作即可。

小结

本文实现了一个在个人电脑上，安装虚拟机进行学习研究的经典场景，即：在宿主机上安装多台虚拟机，并且这些虚拟间可以互通，宿主机也能SSH登录到这些虚拟机。主要难点在网络设置上，简单来说就是NAT网卡负责连接公网，Host-Only网卡负责虚拟机之间以及虚拟机与宿主机之间的连接，当然这两种类型的网卡还有其它功能，但对于我们提到的这个最常见的应用场景，可以用这样的方式来看待这两种类型的网卡。

这里最容易失败的是第2步网络设置。由于NAT网卡设置上去后，什么也不用做，就可以连接公网了，会自然地觉得Host-Only网卡也是这样的。但事实是如果只是为虚拟机添加Host-Only网卡，宿主机并不能访问虚拟机，因为这张网上还没有分配到IP，需要登录到操作系统，修改其网络配置，为该网卡设置静态IP或开启dhcp。

另外，在创建多个虚拟机时，我们利用了VirtualBox的虚拟机复制功能，简化了后续虚拟机的创建。需要注意的是，复制时要为新虚拟机的所有网卡创建全新的MAC地址。