openstack網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（nova-network/neutron）

openstack網(wǎng)絡(luò)體系中，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)沒(méi)有創(chuàng)新，但用到的技術(shù)點(diǎn)非常龐雜，包括bridge、vlan、gre、vxlan、ovs、openflow、sdn、iptables等，當(dāng)然這里不會(huì)做具體技術(shù)介紹，概述技術(shù)，主要將其與openstack的結(jié)合點(diǎn)做詳細(xì)分析。

nova-network網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在nova-network中，其網(wǎng)絡(luò)模型包括flat、dhcp flat、vlan，用到的技術(shù)主要有bridge、vlan，

dhcp flat多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)架構(gòu)圖如下所示：

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優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定

缺點(diǎn)：所有租戶(hù)都在一個(gè)水平面上，租戶(hù)之間沒(méi)有隔離，由于所有租戶(hù)都在一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)，當(dāng)大規(guī)模部署后，其廣播風(fēng)暴將會(huì)是不小的負(fù)面因素，至于這種模型其vm的上限，筆者還沒(méi)有條件測(cè)試。

vlan架構(gòu)如下所示：

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• 為租戶(hù)創(chuàng)建獨(dú)占的bridge
• 創(chuàng)建vlan接口vlan100，依據(jù)802.1q協(xié)議打vlanid
• Dnsmasq監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)橋網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)fixedip的分配
• switch port設(shè)定為chunk mode
• eth0負(fù)責(zé)vm之間的數(shù)據(jù)通信，eth1負(fù)責(zé)外網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)

vlan模型：

優(yōu)點(diǎn)：租戶(hù)有隔離

缺點(diǎn)：需要物理交換機(jī)chunk口的支持，實(shí)際部署時(shí)比較復(fù)雜，vlan id個(gè)數(shù)為4094個(gè)，也就是最多4094個(gè)子網(wǎng)租戶(hù)，不適用于公有云。

結(jié)論：相比于neutron網(wǎng)絡(luò)，雖說(shuō)沒(méi)有neutron那么多的功能插件，僅有bridge，但是其穩(wěn)定性已得到大多數(shù)用戶(hù)的驗(yàn)證，對(duì)于小規(guī)模的私有云(1千臺(tái)虛機(jī)的規(guī)模)，nova-network是可以考慮的，目前線(xiàn)上部署的環(huán)境也是nova-network。

neutron網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

neutron網(wǎng)絡(luò)體系相比于nova-network要復(fù)雜的多，用到的技術(shù)點(diǎn)也非常龐雜，在介紹網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之前，有必要概述下gre、vxlan、ovs、openflow、sdn技術(shù)點(diǎn)。

上面闡述過(guò)，vlan技術(shù)存在vlan id個(gè)數(shù)限制4094，公有云租戶(hù)肯定不止4094，二層技術(shù)，只能部署在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)跨機(jī)房部署。為了突破這倆個(gè)限制，增加了gre和vxlan隧道技術(shù)。

GRE：

跨機(jī)房部署：3層隧道技術(shù)，在原來(lái)小網(wǎng)ip頭前面加入大網(wǎng)ip頭和gre頭，大網(wǎng)ip頭里面的ip是公網(wǎng)ip；

segment id：而gre頭里面最重要的字段應(yīng)該是4字節(jié)key值（segment id），充當(dāng)了vlan技術(shù)里面的vlan id，隔離租戶(hù)的作用，由于是4個(gè)字節(jié)，已經(jīng)不受4094 vlan id限制。下圖是gre典型應(yīng)用vpn。

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當(dāng)然gre也有其缺點(diǎn)，

1. gre是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)，每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間都需要有一個(gè)隧道，對(duì)于4層的端口資源是一種浪費(fèi)；
2. 增加ip頭，勢(shì)必減少vm的mtu值，同樣大小的數(shù)據(jù)，需要更多的ip包來(lái)傳，傳輸效率有影響。

VXLAN：

針對(duì)vlan和gre的第一個(gè)缺點(diǎn)，業(yè)界提出了vxlan技術(shù)，下圖分別是vxlan頭結(jié)構(gòu)和通信流程。

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1. 24bit的VNID：vxlan技術(shù)在原有mac幀基礎(chǔ)上增加了新的mac頭、ip頭、vxlan header，在vxlan header中，VNID相當(dāng)于vlan id，24bit，16M的大小，遠(yuǎn)大于4094.
2. 大 二層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)跨機(jī)房部署：在通信兩端增加了VTEP設(shè)備，可以硬件設(shè)備，也可以軟件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然在neutron網(wǎng)絡(luò)中，其是由軟件實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)備記錄 vlan id、vm mac、vtep ip的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這個(gè)關(guān)系是由vm發(fā)起arp請(qǐng)求獲取到的。在vxlan網(wǎng)絡(luò)中有個(gè)組播地址，所有vtep設(shè)備都需要加入該組播地址，vtep將arp的 廣播請(qǐng)求增加組播ip頭轉(zhuǎn)變?yōu)榻M播請(qǐng)求，一旦一個(gè)vm發(fā)起arp請(qǐng)求，所有vtep都能收到，vtep在將組播ip頭去掉，將原始廣播包發(fā)給vm，這樣不 同vm之間將建立起arp表。vxlan網(wǎng)絡(luò)為所有vm建立一個(gè)大2層網(wǎng)絡(luò)。
3. 能讓遺留子網(wǎng)不改變 IP 地址的情況下無(wú)縫的遷移到云上來(lái)；也可以讓虛機(jī)跨數(shù)據(jù)中心進(jìn)行遷移（以前頂多只能在同一個(gè) VLAN 里遷移）
4. 關(guān) 于跨機(jī)房vxlan互通：前述通過(guò)組播消息實(shí)現(xiàn)arp的傳輸，但是在廣域網(wǎng)上，組播包傳輸是受限制的，目前業(yè)界通常的解決方案是通過(guò)SDN controller，SDN controller兼做arp代理，并獲取vm內(nèi)層mac和外層VTEP ip對(duì)應(yīng)關(guān)系，不同controller之間交換這些信息。

結(jié)論：

gre解決了vlan id個(gè)數(shù)限制和跨機(jī)房互通問(wèn)題；

vxlan解決了vlan id個(gè)數(shù)限制和跨機(jī)房互通問(wèn)題，同時(shí)解決了gre點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道個(gè)數(shù)過(guò)多問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了大2層網(wǎng)絡(luò)，可用于vm在機(jī)房之間的的無(wú)縫遷移。

openflow

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openflow主要分為controller和flow table，并且其通信遵循openflow協(xié)議。增加了controller點(diǎn)，openflow switch僅僅根據(jù)flow table設(shè)定好的規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)做路由或丟棄等操作，而整個(gè)系統(tǒng)的大腦部分在controller，所有flow table的路由規(guī)則、處理方法都是從controller得到。

Openflow的優(yōu)點(diǎn)：

1. 控制邏輯和物理交換網(wǎng)絡(luò)相分離；
2. 物理網(wǎng)絡(luò)分割成相互獨(dú)立的邏輯網(wǎng)絡(luò)

Openflow問(wèn)題：

和現(xiàn)有物理網(wǎng)絡(luò)相沖突，很難實(shí)際應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)室截取的流表實(shí)例：

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OVS：

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相比于Linux bridge，ovs有以下好處

1. Qos配置，可以為每臺(tái)vm配置不同的速度和帶寬
2. 流量監(jiān)控
3. 數(shù)據(jù)包分析
4. 將openflow引入到ovs中，實(shí)現(xiàn)控制邏輯和物理交換網(wǎng)絡(luò)分離。

到此為止，關(guān)于gre、vxlan、openflow、ovs基本情況基本介紹完了，下面將是應(yīng)用這些技術(shù)介紹neutron網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系。

在neutron體系中，應(yīng)用最多的兩個(gè)插件就是Linux bridge和ovs，筆者在實(shí)驗(yàn)室分別搭建過(guò)Linux bridge+vxlan和ovs+vxlan。下面分別是從官網(wǎng)上截取的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，官網(wǎng)給出的是vlan的情況，其實(shí)和vxlan區(qū)別不大。

原文出自：http://blog.csdn.net/beginning1126/article/details/41172365