Openstack私有云简介之Neutron模块

时间：2024-05-31 07:52:28

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一、openstack网络概述

  • openstack网络服务提供一个API让用户在云中建立和定义网络连接。该网络服务的项目名称是neutron。
  • openstack所在的整个物理网络都会由neutron“池化”为网络资源池，neutron对这些网络资源进行处理，为项目（租户）提供独立的虚拟化环境。neutron创建各种资源对象并进行连接和整合。从而形成项目（租户）的私有网络。

二、网络基本概念

1、网络

  • 类似于实际的物理环境中的网络，OpenStack网络用于连接云主机或路由器。除此之外，还包含子网、网关以及DHCP服务等。OpenStack网络分为内部网络和外部网络，内部网络一般用于连接虚拟机，而外部网络一般用于连接宿主机外面的网络。

2、子网

  • OpenStack中的子网是一个IP地址段，用于定义实际的IP地址范围

3、端口

  • 端口类似于实际网络中的网络接口，用于连接终端设备或另外一个网络。不同的是，OpenStack中端口连接的一般都是虚拟设备接口，如虚拟机的虚拟网卡或者路由器的虚拟接口等。端口还描述了相关的网络配置，例如可以在端口上配置MAC地址和IP地址。

4、路由器

  • 路由器用于连接 OpenStack的内部网络和外部网络。类似实际路由器功能，支NAT功能，通过绑定浮动IP地址还可以实现地址映射
  • Neutron分别提供了二层（L2）交换和三层（L3）路由抽象的功能，对应于物理网络环境中的交换机和路由器

三、网络模型

Neutron两种网络类型：

1、租户网络，内部网络，用于连接虚拟机

2、供应商网络，内部网络，用于连接虚拟机

Neutron 支持多种类型的 network，包括 local, flat, VLAN, VxLAN 和 GRE

local

  • 所有组件装在一台机器上，多用于测试环境

flat

  • 没有路由，没有隔离

vlan

  • 具有802.1q tagging的网络，头部12字节，有隔离，支持租户数量4k

vxlan

  • 隧道技术，有隔离，vxlan 中数据包会通过 VNI 封装成 UDP 包进行传输，租户内部通信可以跨越任意网络，头部封装24字节，可用租户数量多

gre

  • gre 是与 vxlan 类似的一种 overlay 网络。主要区别在于使用 IP 包而非 UDP 进行封装

四、neutron基本架构

Openstack私有云简介之Neutron模块
流程简介：
1、neutron运行在控制节点上，对外提供api接口（core和Extension）
2、当收到请求后会通过消息队列把请求交给插件neuron-plugin处理
3、插件会把请求的信息存储在数据库中，并通过消息队列通知各个节点上的代理
4、代理根据需求开始工作

五、neutron主要组件

Neutron-Server

  • 对外提供 OpenStack 网络 API，接收请求，并调用 Plugin 处理请求。

Plugin

  • 处理 Neutron Server 发来的请求，维护 OpenStack 逻辑网络状态， 并调用 Agent 处理请求。

Agent

  • 处理 Plugin 的请求，负责在 network provider 上真正实现各种网络功能。

network-provider

  • 提供网络服务的虚拟或物理网络设备，例如 Linux Bridge，Open vSwitch 或者其他支持 Neutron 的物理交换机。

Database

  • 存放 OpenStack 的网络状态信息，包括 Network, Subnet, Port, Router 等。

六、组件详解

Neutron-server

neutron-server提供一组API来定义网络连接和IP地址，供Nova等客户端调用，它本身也是分层设计，其结构如下
Openstack私有云简介之Neutron模块
Neutron-server包括4个层次，自上而下依次说明：

  1. ResetfulAPI：属于最前端的API，包括CoreAPI和ExtensionAPI两种类型
    （1）CoreAPI（核心api）：提供网络，子网，端口的API
    （2）ExetnsionAPI（扩展api）：提供路由，负载均衡，fw，安全组的API

  2. Commnon Server：处理认证和校验 API 请求。

  3. Neutron Core：Neutron server 的核心处理程序，通过调用相应的 Plugin 处理请求。

  4. Core Plugin API：定义了 Core Plgin 的抽象功能集合，Neutron Core 通过该 API 调用相应的Core Plgin；

  5. Extension Plugin API：定义了 Service Plgin 的抽象功能集合，Neutron Core 通过该 API调用相应的 Service Plugin；

Plugin

插件是neutron的一种api的后端实现，目的是增强扩展性。插件按照功能可分为core plugin和service plugin两种

（1）Core-plugin：Neutron中即为ML2,负责管理L2的网络连接，优点：在不同节点实现不同网络机制，只需要开发机制驱动，实现了网络子网和端口核心资源的同时，也实现了端口绑定，安全组等扩展资源

类型驱动：对应网络类型，flat local vlan vxlan gre

机制驱动：获取类型驱动维护网络的状态，确保在相应的网络设备上实现这现状态，目前基于代理的网络机制有2种,Linux bridge和Opens vSwitch

（2）Service Plugin：包括l3 router、firewall、loadbalancer、v*n、实现L3-L7的网络服务

Agent

Neuron-agent：处理plugin请求，负责在 network provider 上真正实现各种网络功能。和 plugin 是一一对应的关系

基于ML2插件网络机制的代理：

Linux bridge代理：二层网络虚拟化技术，支持local、vlan、vxlan、flat不支持GRE，虚拟机之间没有隔离。

如果选择linux bridge代理，如图所示：
Openstack私有云简介之Neutron模块
计算节点上的数据需要到物理网卡需要经过：

  1. tap接口
  2. linux网桥：作为二层交换机
  3. vlan接口：用于连接linux网桥
  4. vxlan接口
  5. 物理网络接口:用于连接到物理网络

Opens vSwitch代理：支持local、flat、vlan、vxlan、gre等所有网络模型
如果选择linux bridge代理，如图所示：
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如果选择ovs代理，计算节点上的数据需要到物理网卡需要经过：

  1. tap接口
  2. linux网桥
  3. veth对：用来连接2个虚拟网桥
  4. ovs网桥：ovs的核心设备，包括一个ovs集成网桥和ovs物理连接网桥
  5. 集成网桥（int-br）：所有计算节点上运行的虚拟机都链接到集成网桥，neutron通过配置集成网桥上的端口实现虚拟机网络隔离。
  6. 物理网桥：链接物理网卡，在flat和vlan中使用provider
    bridge，命名为br-ethx，在vxlan中使用ovs隧道网桥，命名为br-tun

基于Service Plugin插件的代理：

dhcp代理：虚拟机需要获取ip地址

主要组件：

1、DHCP代理（neutron-dhcp-agent），提供dhcp功能，提供元数据请求，提供2个接口，报告dhcp代理的网络状态，启动dnsmasq进程，检测DHCPdiscover请求

2、DHcp驱动：管理dhcp服务器，默认为DNSmasq，提供dns和dhcp，一个dnsmasq进程，能为同一网段中所有启动dhcp的子网服务

3、dhcp调度器：负责dhcp代理和网络（network）的调度

如图所示：Openstack私有云简介之Neutron模块
dhcp代理工作流程:

创建实例时，此实例的mac地址和ip会存在dnsmasq的hosts文件中

实例发出dhcpdiscover请求，dnsmasq检测到后会检查hosts文件，把对应项通过dhcpoffer消息将ip和网关给实例

实例发出dhcprequest

dnsmasq回复dhcpack

L3代理

每个L3代理运行在一个网络空间中，提供虚拟路由器，也支持物理路由通过iptables提供地址转换（snat，dnat）、浮动路由（floating）安全组（securitygroup）使不同网络的实例通信

dnat:目的地址转换 外到内
snat :内到外

浮动ip :静态映射，一对一，配在路由器提供网关的外网接口上。不再实例上。写在名称空间中的iptables中

neutron-l3-aget-float-snat比neutron-l3-agent-snat更早执行

网络名称空间

简介：

内核级别隔离网络的一种方法
Linux network namespace 可以将一个物理三层网络分割成
几个独立的虚拟三层网络，用能够实现dhcp隔离：可以同一网段重复使用

命令：
ip netns add---------创建网络名称空间
ip netns list -------查看所有的网络名称空间
ip netns exec +名称 ----进入指定的网络名称空间
ip netns exec netns0 ip address add 10.0.0.1/24 eth0—为netns0空间的eth0网卡添加ip地址

不同网络名称空间之间通信：用VETH对
命令：
ip link add veth1 type veth peername veth2 --------创建VETH对
ip link set veth1 netns netns1 -------将veth1放到netns1中
ip link set veth2 netns netns2 --------将veth2放到netns2中

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