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KVM：网络配置

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周中平 2024-07-19 18:03:53 +08:00
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860
Tech/operating-system/Virtualization/2.KVM虚拟化/4. KVM 网络配置.md Normal file
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@ -0,0 +1,860 @@
---
title: 4. KVM 网络配置
description: 本文详细介绍了KVM虚拟化环境中的网络配置，包括NAT、桥接、内部和仅主机网络的设置方法，以及如何使用NetworkManager和virsh工具进行网络管理、监控和故障排查。
keywords:
- KVM
- 网络配置
- NAT
- 桥接网络
- 内部网络
- 仅主机网络
- 故障排查
tags:
- 技术/操作系统
- 虚拟化/KVM
author: 仲平
date: 2024-07-16
---
## KVM 网络基础
KVM（Kernel-based Virtual Machine）网络是指在 KVM 虚拟化环境中，为虚拟机提供的网络连接和通信机制。通过 KVM 网络，虚拟机可以与其他虚拟机、宿主机以及外部网络进行通信。
| **网络类型** | **描述** | **优点** | **缺点** | **适用场景** |
| ------------ | ------------------------------------------------------------ | -------------------------------------------- | ------------------------------------------ | -------------------------------------- |
| NAT 网络 | 虚拟机通过宿主机的网络接口与外部通信，IP 地址被隐藏。 | 配置简单，适合需要外部通信的虚拟机。 | 虚拟机间通信需额外配置，网络性能可能受限。 | 适合不需外部访问但需访问外网的虚拟机。 |
| 桥接网络 | 虚拟机直接连接物理网络接口，拥有独立 IP 地址，可直接与其他设备通信。 | 与物理网络无缝集成，适合需外部访问的虚拟机。 | 配置较复杂，需适当配置物理网络接口。 | 适合需要直接对外提供服务的虚拟机。 |
| 内部网络 | 仅允许虚拟机之间的通信，不与宿主机或外部网络通信。 | 提供隔离网络，适合测试和开发。 | 虚拟机无法与外部网络通信。 | 适合需要隔离的测试和开发环境。 |
| 仅主机网络 | 允许虚拟机与宿主机通信，但不与外部网络通信。 | 简单隔离，适合虚拟机与宿主机通信。 | 虚拟机无法与外部网络通信。 | 适合虚拟机与宿主机需要频繁交互的场景。 |
## KVM 网络安装与准备
你**可以选择使用任意一款网络管理工具**，这里**推荐使用`NetworkManager`**来管理网络桥接。
### 安装 NetworkManager
**非 Fedora/RHEL 系列，需要手动安装 NetworkManager**，并配置 NetworkManager 接管网络。
```shell
# Debian/Ubuntu 系列
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y network-manager
```
### 配置系统网络支持
1. **启用 NetworkManager**
```shell
# 启动并启用 NetworkManager 服务
sudo systemctl start NetworkManager
sudo systemctl enable NetworkManager
```
2. **创建并配置网络桥接**
使用`nmcli`工具创建一个新的桥接接口。例如，创建名为`br0`的桥接接口并将现有的以太网接口（假设为`eth0`）添加到桥接中。
```shell
sudo nmcli connection add type bridge autoconnect yes con-name br0 ifname br0
sudo nmcli connection add type bridge-slave autoconnect yes con-name br0-slave ifname eth0 master br0
sudo nmcli connection modify br0 ipv4.method auto
sudo nmcli connection up br0
```
3. **确认桥接网络配置**
使用以下命令确认桥接网络是否正确配置。
```shell
nmcli connection show
ip a
```
4. **确认内核模块加载情况**
确保KVM相关的内核模块已加载：
```shell
lsmod | grep kvm
```
### 示例配置文件
对于`NetworkManager`的配置文件（一般位于`/etc/NetworkManager/system-connections/`目录下），你可以手动编辑这些文件进行更复杂的配置。例如，编辑`br0`的配置文件：
```ini
[connection]
id=br0
type=bridge
interface-name=br0
autoconnect=true
[ipv4]
method=auto
[ipv6]
method=auto
```
### 其他注意事项
1. **防火墙配置**：确保你的防火墙规则允许桥接网络的流量。
2. **验证桥接网络**：创建一个虚拟机并将其连接到`br0`桥接网络，验证网络连接是否正常。
## NAT 网络
**KVM 默认会创建一个名为 `default` 的 NAT 网络。**这个网络通常在安装 libvirt 时自动创建和启用。
1. **检查并启用默认网络**：
检查 `default` 网络是否已经存在并启用：
```shell
sudo virsh net-list --all
```
如果默认网络未启用，可以通过以下命令启用：
```shell
sudo virsh net-start default
sudo virsh net-autostart default
```
2. **查看默认网络配置**：
查看默认网络的详细配置：
```
sudo virsh net-dumpxml default
```
典型的默认网络配置如下：
```xml
<network>
<name>default</name>
<uuid>……</uuid>
<forward mode='nat'>
<nat>
<port start='1024' end='65535'/>
</nat>
</forward>
<bridge name='virbr0' stp='on' delay='0'/>
<mac address='52:54:00:d3:9b:fb'/>
<ip address='192.168.122.1' netmask='255.255.255.0'>
<dhcp>
<range start='192.168.122.2' end='192.168.122.254'/>
</dhcp>
</ip>
</network>
```
3. **创建虚拟机**：
创建一台连接到 `default` 网络的虚拟机。可以使用 `virt-install` 命令来完成：
```shell
sudo virt-install \
--name myvm \
--ram 4096 \
--disk path=/var/lib/libvirt/images/myvm_storage.qcow2,size=32 \
--vcpus 2 \
--os-type linux \
--os-variant ubuntu20.04 \
--network network=default \
--graphics none \
--console pty,target_type=serial \
--location 'https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/dists/focal/main/installer-amd64/' \
--extra-args 'console=ttyS0,115200n8 serial'
```
4. **验证虚拟机网络连接**：
登录到虚拟机，并验证其网络连接：
```shell
ping -c 4 8.8.8.8
```
检查虚拟机是否能够获得 IP 地址：
```shell
ip a
```
### `virsh` 创建自定义 NAT 网络
通过 `virsh` 命令创建自定义 NAT 网络，并配置 DHCP 和 IP 地址范围。
1. **创建网络配置文件**：
创建一个自定义网络配置文件（如 `custom-net.xml`）：
```xml
<network>
<name>custom-net</name>
<forward mode='nat'/>
<bridge name='virbr1' stp='on' delay='0'/>
<mac address='52:54:00:12:34:56'/>
<ip address='192.168.100.1' netmask='255.255.255.0'>
<dhcp>
<range start='192.168.100.2' end='192.168.100.254'/>
</dhcp>
</ip>
</network>
```
2. **定义并启动网络**：
使用 `virsh` 命令定义并启动该网络：
```shell
sudo virsh net-define custom-net.xml
sudo virsh net-start custom-net
sudo virsh net-autostart custom-net
```
3. **查看自定义网络状态**：
确认网络已启用：
```shell
sudo virsh net-list --all
```
在上面的 `custom-net.xml` 文件中，已经定义了 DHCP 范围：
```xml
<ip address='192.168.100.1' netmask='255.255.255.0'>
<dhcp>
<range start='192.168.100.2' end='192.168.100.254'/>
</dhcp>
</ip>
```
此配置表示：
- **网关地址**：192.168.100.1
- **DHCP 范围**：192.168.100.2 到 192.168.100.254
### `NetworkManager` 创建自定义 NAT 网络
1. **确保 NetworkManager 已启用**：
```shell
sudo systemctl enable --now NetworkManager
```
2. **创建 NetworkManager 桥接连接**：
编辑 NetworkManager 配置文件，创建一个桥接网络（例如 `/etc/NetworkManager/system-connections/bridge-br1.nmconnection`）：
```ini
[connection]
id=bridge-br1
type=bridge
autoconnect=true
[bridge]
stp=true
[ipv4]
method=manual
address1=192.168.100.1/24
[ipv6]
method=ignore
```
3. **重启 NetworkManager 服务**：
```shell
sudo systemctl restart NetworkManager
```
4. **验证桥接网络**：
确认新的桥接网络已创建并启用：
```shell
nmcli connection show
```
## 桥接网络
使用 NetworkManager 的 `nmcli` 命令来创建和配置桥接网络接口，并将物理接口绑定到网桥。
1. **创建桥接接口**：
使用 `nmcli` 命令创建一个新的桥接接口：
```shell
sudo nmcli connection add type bridge ifname br0
```
2. **配置桥接接口的 IP 地址**：
为桥接接口配置 IP 地址：
```shell
sudo nmcli connection modify br0 ipv4.addresses 192.168.1.100/24 ipv4.method manual
sudo nmcli connection modify br0 ipv4.gateway 192.168.1.1
sudo nmcli connection modify br0 ipv4.dns "8.8.8.8,8.8.4.4"
sudo nmcli connection modify br0 connection.autoconnect yes
```
3. **将物理接口绑定到桥接接口**：
假设物理接口为 `eth0`，使用 `nmcli` 将其绑定到 `br0`：
```shell
sudo nmcli connection add type ethernet ifname eth0 master br0
```
4. **启用桥接接口**：
启用桥接接口 `br0` 和物理接口 `eth0`：
```shell
sudo nmcli connection up br0
sudo nmcli connection up eth0
```
5. **编辑虚拟机的 XML 配置文件**：
假设虚拟机名称为 `testvm`，使用以下命令编辑其 XML 配置文件：
```shell
sudo virsh edit testvm
```
6. **添加桥接网络接口配置**：
在 `<devices>` 部分中添加以下内容，将 `br0` 作为桥接接口：
```xml
<interface type='bridge'>
<mac address='52:54:00:12:34:56'/>
<source bridge='br0'/>
<model type='virtio'/>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>
</interface>
```
7. **保存并退出**：
保存配置文件并退出编辑器。
8. **重启虚拟机**：
重启虚拟机使新的网络配置生效：
```shell
sudo virsh shutdown testvm
sudo virsh start testvm
```
## 内部网络
内部网络允许虚拟机之间进行通信，而无需通过外部网络。这种网络模式适用于需要隔离的测试环境或需要内部通信的应用。
1. **创建内部网络 XML 配置文件**
首先，创建一个 XML 文件（如 `internal-net.xml`），定义内部网络的配置：
```xml
<network>
<name>internal-net</name>
<forward mode='none'/>
<bridge name='virbr1' stp='on' delay='0'/>
<ip address='192.168.200.1' netmask='255.255.255.0'>
<dhcp>
<range start='192.168.200.2' end='192.168.200.254'/>
</dhcp>
</ip>
</network>
```
在上面的 XML 文件中，已定义网络名称为 `internal-net`，IP 地址范围为 `192.168.200.2` 到 `192.168.200.254`。
2. **定义并启动网络**
使用 `virsh` 命令定义并启动内部网络：
```shell
sudo virsh net-define internal-net.xml
sudo virsh net-start internal-net
sudo virsh net-autostart internal-net
```
3. 编辑虚拟机的 XML 配置文件：
```
sudo virsh edit <vm_name>
```
4. 在 `<devices>`部分中添加以下内容，将 `internal-net`作为网络接口：
```xml
<interface type='network'>
<mac address='52:54:00:12:34:56'/>
<source network='internal-net'/>
<model type='virtio'/>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>
</interface>
```
5. 保存并退出编辑器。
6. 重启虚拟机使新的网络配置生效：
```shell
sudo virsh shutdown <vm_name>
sudo virsh start <vm_name>
```
## 仅主机网络
仅主机网络（Host-only Network）允许虚拟机与宿主机通信，但不允许虚拟机与外部网络通信。这种网络模式适用于需要虚拟机与宿主机进行隔离通信的场景。
1. **创建仅主机网络 XML 配置文件**
创建一个 XML 文件（如 `host-only-net.xml`），定义仅主机网络的配置：
```xml
<network>
<name>host-only-net</name>
<forward mode='none'/>
<bridge name='virbr2' stp='on' delay='0'/>
<ip address='192.168.150.1' netmask='255.255.255.0'>
<dhcp>
<range start='192.168.150.2' end='192.168.150.254'/>
</dhcp>
</ip>
</network>
```
在上面的 XML 文件中，已定义网络名称为 `host-only-net`，IP 地址范围为 `192.168.150.2` 到 `192.168.150.254`。
2. **定义并启动网络**
使用 `virsh` 命令定义并启动仅主机网络：
```xml
sudo virsh net-define host-only-net.xml
sudo virsh net-start host-only-net
sudo virsh net-autostart host-only-net
```
3. 编辑虚拟机的 XML 配置文件：
```shell
sudo virsh edit <vm_name>
```
4. 在 `<devices>`部分中添加以下内容，将 `host-only-net` 作为网络接口：
```xml
<interface type='network'>
<mac address='52:54:00:12:34:56'/>
<source network='host-only-net'/>
<model type='virtio'/>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>
</interface>
```
5. 保存并退出编辑器。
6. 重启虚拟机使新的网络配置生效：
```xml
sudo virsh shutdown <vm_name>
sudo virsh start <vm_name>
```
## 高级网络功能
### VLAN 配置
使用 NetworkManager 和 `nmcli` 命令创建 VLAN 网络。
1. **创建 VLAN 接口**：
假设物理接口为 `eth0`，VLAN ID 为 100，VLAN 接口命名为 `eth0.100`：
```shell
sudo nmcli connection add type vlan con-name vlan100 dev eth0 id 100
```
2. **配置 VLAN 接口 IP 地址**：
为 VLAN 接口配置 IP 地址：
```shell
sudo nmcli connection modify vlan100 ipv4.addresses 192.168.100.1/24 ipv4.method manual
sudo nmcli connection modify vlan100 ipv4.gateway 192.168.100.254
sudo nmcli connection modify vlan100 ipv4.dns "8.8.8.8,8.8.4.4"
sudo nmcli connection up vlan100
```
3. **使用 `virsh` 配置 VLAN 网络**
1. 编辑虚拟机的 XML 配置文件：
```shell
sudo virsh edit <vm_name>
```
2. 在 `<devices>`部分中添加以下内容，将 `vlan100`作为网络接口：
```xml
<interface type='network'>
<mac address='52:54:00:12:34:56'/>
<source network='vlan100'/>
<model type='virtio'/>
<vlan>
<tag id='100'/>
</vlan>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>
</interface>
```
3. 保存并退出编辑器。
4. 重启虚拟机使新的网络配置生效：
```bash
sudo virsh shutdown <vm_name>
sudo virsh start <vm_name>
```
### 配置虚拟机的多网卡
1. 编辑虚拟机的 XML 配置文件：
```shell
sudo virsh edit <vm_name>
```
2. 在 `<devices>`部分中添加多个 `<interface>`元素，每个代表一个网络接口：
```xml
<interface type='network'>
<mac address='52:54:00:12:34:56'/>
<source network='default'/>
<model type='virtio'/>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>
</interface>
<interface type='network'>
<mac address='52:54:00:12:34:57'/>
<source network='vlan100'/>
<model type='virtio'/>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x0'/>
</interface>
```
3. 保存并退出编辑器。
4. 重启虚拟机使新的网络配置生效：
```shell
sudo virsh shutdown <vm_name>
sudo virsh start <vm_name>
```
### 配置网络带宽限制
1. 编辑虚拟机的 XML 配置文件：
```shell
sudo virsh edit <vm_name>
```
2. 在 `<interface>` 元素中添加 `<bandwidth>` 元素，设置带宽限制参数，例如：
```xml
<interface type='network'>
<mac address='52:54:00:12:34:56'/>
<source network='default'/>
<model type='virtio'/>
<bandwidth>
<inbound average='1000' peak='2000' burst='512'/>
<outbound average='1000' peak='2000' burst='512'/>
</bandwidth>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>
</interface>
```
以上配置将网络带宽限制为入站和出站各 1000 Kbps 平均速率，2000 Kbps 峰值速率，512 KB 突发流量。
3. 保存并退出编辑器。
4. 重启虚拟机使新的网络配置生效：
```shell
sudo virsh shutdown <vm_name>
sudo virsh start <vm_name>
```
- 在宿主机和虚拟机上安装 `iperf`：
```shell
sudo apt install iperf3 # Ubuntu
sudo yum install iperf3 # CentOS/RHEL
```
- 在虚拟机上启动 `iperf` 服务端：
```shell
iperf3 -s
```
- 在宿主机上运行 `iperf` 客户端进行带宽测试：
```shell
iperf3 -c <vm_ip_address>
```
- 检查测试结果，验证带宽限制是否生效。
通过以上步骤使用 NetworkManager 和 `nmcli` 命令配置 VLAN 网络、为虚拟机添加多个网卡，并使用 `virsh` 配置网络带宽限制。同时，可以通过 `iperf` 工具验证网络带宽限制的效果。
## 管理和监控虚拟网络
### `virsh` 命令管理网络
| 命令 | 描述 |
| ------------------------------------------------------ | ----------------------- |
| `virsh net-list --all` | 列出所有虚拟网络 |
| `virsh net-info <network>` | 显示虚拟网络的信息 |
| `virsh net-dumpxml <network>` | 显示虚拟网络的 XML 配置 |
| `virsh net-create <network.xml>` | 创建虚拟网络 |
| `virsh net-destroy <network>` | 销毁虚拟网络 |
| `virsh net-start <network>` | 启动虚拟网络 |
| `virsh net-autostart <network>` | 设置虚拟网络开机自启 |
| `virsh net-undefine <network>` | 取消定义虚拟网络 |
| `virsh net-edit <network>` | 编辑虚拟网络的 XML 配置 |
| `virsh net-update <network> <command> <section> <xml>` | 更新虚拟网络 |
| `virsh net-dhcp-leases <network>` | 列出网络的 DHCP 租约 |
### 监控网络性能
#### 使用 `iftop` 和 `vnstat` 等工具
1. **安装 `iftop` 和 `vnstat`**
```shell
# 在 Ubuntu 上
sudo apt install iftop vnstat
# 在 CentOS/RHEL 上
sudo yum install iftop vnstat
```
2. **使用 `iftop` 监控实时网络流量**：
```shell
sudo iftop -i <network_interface>
```
`iftop` 会显示实时的网络流量，包括发送和接收数据的主机 IP 和带宽使用情况。
3. **使用 `vnstat` 监控网络流量**：
初始化 `vnstat`数据库：
```shell
sudo vnstat -u -i <network_interface>
```
- 查看实时流量：
```shell
sudo vnstat -l
```
- 查看流量统计：
```shell
sudo vnstat
```
- 查看详细流量统计：
```shell
sudo vnstat -d # 查看每日流量统计
sudo vnstat -m # 查看每月流量统计
sudo vnstat -t # 查看每小时流量统计
```
#### 分析网络流量和性能
1. **分析流量数据**：
- 使用 `iftop` 和 `vnstat` 收集的流量数据，可以帮助识别网络瓶颈和高流量的主机。
2. **优化网络配置**：
- 根据监控数据，优化虚拟网络的配置，例如调整网络带宽限制、优化网络拓扑结构等。
3. **监控网络接口的性能**：
- 定期检查和分析网络接口的性能，确保虚拟网络的稳定性和高效运行。
## 安全配置
### 配置防火墙规则
#### 使用 `iptables` 配置防火墙
1. **安装 `iptables`**：
```shell
# 在 CentOS/RHEL 上
sudo yum install iptables-services
sudo systemctl enable --now iptables
# 在 Ubuntu 上
sudo apt install iptables
```
2. **配置基本规则**：
允许虚拟机网络通信：
```shell
sudo iptables -A FORWARD -i virbr0 -o eth0 -j ACCEPT
sudo iptables -A FORWARD -i eth0 -o virbr0 -j ACCEPT
```
3. **保存规则**：
```shell
# 在 CentOS/RHEL 上
sudo service iptables save
# 在 Ubuntu 上
sudo iptables-save | sudo tee /etc/iptables/rules.v4
```
#### 配置 `firewalld` 管理规则
1. **安装 `firewalld`**：
```shell
# 在 CentOS/RHEL 上
sudo yum install firewalld
sudo systemctl enable --now firewalld
# 在 Ubuntu 上
sudo apt install firewalld
sudo systemctl enable --now firewalld
```
2. **配置基本规则**：
允许虚拟机网络通信：
```shell
sudo firewall-cmd --zone=public --add-interface=virbr0 --permanent
sudo firewall-cmd --zone=public --add-masquerade --permanent
sudo firewall-cmd --reload
```
### 网络隔离与访问控制
#### 使用 VLAN 实现网络隔离
1. **创建 VLAN 接口**：
使用 `nmcli`创建 VLAN 接口：
```shell
sudo nmcli connection add type vlan con-name vlan100 dev eth0 id 100
sudo nmcli connection modify vlan100 ipv4.addresses 192.168.100.1/24 ipv4.method manual
sudo nmcli connection up vlan100
```
2. **配置虚拟机使用 VLAN**：
使用 `virt-manager` 或 `virsh` 配置虚拟机连接到 VLAN 网络。
#### 配置虚拟机访问控制列表（ACL）
1. **使用 `virsh` 配置 ACL**：
为虚拟机创建网络 ACL 规则：
```shell
sudo virsh nwfilter-define /etc/libvirt/nwfilter/myfilter.xml
```
配置 `myfilter.xml`文件示例：
```xml
<filter name='myfilter' chain='ipv4'>
<uuid>...</uuid>
<rule action='accept' direction='in' priority='500'>
<mac address='52:54:00:12:34:56'/>
</rule>
<rule action='drop' direction='in' priority='1000'/>
</filter>
```
2. **应用 ACL 到虚拟机**：
编辑虚拟机的 XML 配置文件，应用网络过滤器：
```xml
<interface type='network'>
<mac address='52:54:00:12:34:56'/>
<source network='default'/>
<model type='virtio'/>
<filterref filter='myfilter'/>
</interface>
```
重启虚拟机使 ACL 生效。
## 故障排查
### 常见网络问题及解决方法
#### 虚拟机无法连接网络
1. **检查虚拟机的网络配置**：
- 确认虚拟机的网络接口配置正确。
- 使用 `virsh dumpxml <vm_name>` 命令查看虚拟机的 XML 配置，确保 `<interface>` 部分配置正确。
2. **检查虚拟网络状态**：
- 使用 `virsh net-list --all` 命令查看虚拟网络是否启动。
- 如果虚拟网络未启动，使用 `virsh net-start <network_name>` 启动虚拟网络。
3. **检查宿主机的网络配置**：
- 确认宿主机的网络接口和桥接配置正确。
- 使用 `nmcli connection show` 命令查看 NetworkManager 的连接状态，确保相关接口已连接。
4. **检查虚拟机的 IP 地址**：
- 登录到虚拟机，使用 `ip a` 命令查看虚拟机的 IP 地址是否正确分配。
- 如果未分配 IP 地址，检查 DHCP 配置是否正确。
#### 网络性能问题
1. **检查网络带宽限制**：
- 确认是否为虚拟机配置了带宽限制。
- 使用 `virsh edit <vm_name>` 命令检查 `<bandwidth>` 配置。
2. **检查网络流量**：
- 使用 `iftop` 和 `vnstat` 等工具监控网络流量，识别高流量主机和瓶颈。
3. **优化网络配置**：
- 调整虚拟机的网络接口配置，例如使用 Virtio 网络驱动以提高性能。
- 使用桥接网络模式，确保虚拟机与物理网络的高效通信。
### 日志查看与分析
#### 查看 `libvirt` 网络日志
1. **libvirt 日志路径**：
- 在 CentOS/RHEL 上，`libvirt` 日志通常位于 `/var/log/libvirt/` 目录下。
- 在 Ubuntu 上，`libvirt` 日志通常位于 `/var/log/libvirt/` 目录下。
2. **查看网络日志**：
- 使用 `tail -f /var/log/libvirt/libvirtd.log` 命令查看实时日志。
- 使用 `grep` 命令筛选关键字以查找特定问题，例如 `grep "network" /var/log/libvirt/libvirtd.log`。
#### 使用系统日志进行排查
1. **查看系统日志**：
- 使用 `journalctl` 命令查看系统日志，例如 `journalctl -u libvirtd` 查看 `libvirtd` 服务的日志。
2. **检查网络相关日志**：
- 使用 `dmesg` 命令查看内核日志，查找与网络相关的错误信息。