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深入理解openstack網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(1) :基礎(chǔ)講解

作者：追尋神跡
云計算 OpenStack
openstack網(wǎng)絡(luò)功能強大同時也相對更復(fù)雜。本系列文章通過Oracle OpenStack TechPreview介紹openstack的配置，通過各種場景和例子說明openstack各種不同的網(wǎng)絡(luò)組件。本文的目的在于提供openstack網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的全景圖并展示各個模塊是如何一起協(xié)作的。這對openstack的初學(xué)者以及希望理解openstack網(wǎng)絡(luò)原理的人會非常有幫助。首先，我們先講解下一些基礎(chǔ)并舉例說明。

前言

openstack網(wǎng)絡(luò)功能強大同時也相對更復(fù)雜。本系列文章通過Oracle OpenStack TechPreview介紹openstack的配置，通過各種場景和例子說明openstack各種不同的網(wǎng)絡(luò)組件。本文的目的在于提供openstack網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的全景圖并展示各個模塊是如何一起協(xié)作的。這對openstack的初學(xué)者以及希望理解openstack網(wǎng)絡(luò)原理的人會非常有幫助。首先，我們先講解下一些基礎(chǔ)并舉例說明。

根據(jù)***的icehouse版用戶調(diào)查，基于open vswitch插件的Neutron在生產(chǎn)環(huán)境和POC環(huán)境都被廣泛使用，所以在這個系列的文章中我們主要分析這種openstack網(wǎng)絡(luò)的配置。當(dāng)然，我們知道openstack網(wǎng)絡(luò)支持很多種配置，盡管neutron+open vswitch是最常用的配置，但是我們從未說它是***或者***效的一種方式。Neutron+open vswitch僅僅是一個例子，對任何希望理解openstack網(wǎng)絡(luò)的人是一個很好的切入點。即使你打算使用其他類型的網(wǎng)絡(luò)配置比如使用不同的neutron插件或者根本不使用neutron，這篇文章對你理解openstack網(wǎng)絡(luò)仍是一個很好的開始。

我們在例子中使用的配置是Oracle OpenStack Tech Preview所提供的一種配置。安裝它非常簡單，并且它是一個很好的參考。在這種配置中，我們在所有服務(wù)器上使用eth2作為虛擬機的網(wǎng)絡(luò)，所有虛擬機流量使用這個網(wǎng)卡。Oracle OpenStack Tech Preview使用VLAN進(jìn)行L2隔離，進(jìn)而提供租戶和網(wǎng)絡(luò)隔離，下圖展示了我們?nèi)绾芜M(jìn)行配置和部署：

[[123384]]

***篇文章會略長，我們將聚焦于openstack網(wǎng)絡(luò)的一些基本概念。我們將討論open vswitch、network namespaces、linux bridge、veth pairs等幾個組件。注意這里不打算全面介紹這些組件，只是為了理解openstack網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。可以通過網(wǎng)絡(luò)上的其他資源進(jìn)一步了解這些組件。

Open vSwitch (OVS)

在Oracle OpenStack Tech Preview中用于連接虛擬機和物理網(wǎng)口（如上例中的eth2)，就像上邊部署圖所示。OVS包含bridages和ports，OVS bridges不同于與linux bridge（使用brctl命令創(chuàng)建）。讓我們先看下OVS的結(jié)構(gòu)，使用如下命令：

  1. # ovs-vsctl show 
  2. 7ec51567-ab42-49e8-906d-b854309c9edf 
  3.     Bridge br-int 
  4.         Port br-int 
  5.             Interface br-int 
  6.                 type: internal 
  7.         Port "int-br-eth2" 
  8.             Interface "int-br-eth2" 
  9.     Bridge "br-eth2" 
  10.         Port "br-eth2" 
  11.             Interface "br-eth2" 
  12.                 type: internal 
  13.         Port "eth2" 
  14.             Interface "eth2" 
  15.         Port "phy-br-eth2" 
  16.             Interface "phy-br-eth2" 
  17. ovs_version: "1.11.0" 

我們看到標(biāo)準(zhǔn)的部署在compute node上的OVS，擁有兩個網(wǎng)橋，每個有若干相關(guān)聯(lián)的port。上邊的例子是在一個沒有任何虛擬機的計算節(jié)點上。我們可以看到eth2連接到個叫br- eth2的網(wǎng)橋上，我們還看到兩個叫“int-br-eth2"和”phy-br-eth2“的port，事實上是一個veth pair，作為虛擬網(wǎng)線連接兩個bridages。我們會在后邊討論veth paris。

當(dāng)我們創(chuàng)建一個虛擬機，br-int網(wǎng)橋上會創(chuàng)建一個port，這個port最終連接到虛擬機（我們會在后邊討論這個連接）。這里是啟動一個虛擬機后的OVS結(jié)構(gòu)：

  1. # ovs-vsctl show 
  2. efd98c87-dc62-422d-8f73-a68c2a14e73d 
  3.     Bridge br-int 
  4.         Port "int-br-eth2" 
  5.             Interface "int-br-eth2" 
  6.         Port br-int 
  7.             Interface br-int 
  8.                 type: internal 
  9.         Port "qvocb64ea96-9f" 
  10.             tag: 1 
  11.             Interface "qvocb64ea96-9f" 
  12.     Bridge "br-eth2" 
  13.         Port "phy-br-eth2" 
  14.             Interface "phy-br-eth2" 
  15.         Port "br-eth2" 
  16.             Interface "br-eth2" 
  17.                 type: internal 
  18.         Port "eth2" 
  19.             Interface "eth2" 
  20. ovs_version: "1.11.0" 

”br-int“網(wǎng)橋現(xiàn)在有了一個新的port"qvocb64ea96-9f" 連接VM，并且被標(biāo)記為vlan1。虛擬機的每個網(wǎng)卡都需要對應(yīng)在"br-int”網(wǎng)橋上創(chuàng)建一個port。

OVS中另一個有用的命令是dump-flows，以下為例子：

  1. # ovs-ofctl dump-flows br-int 
  2. NXST_FLOW reply (xid=0x4): 
  3. cookie=0x0, duration=735.544s, table=0, n_packets=70, n_bytes=9976,idle_age=17, priority=3,in_port=1,dl_vlan=1000 actions=mod_vlan_vid:1,NORMAL 
  4. cookie=0x0, duration=76679.786s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0,idle_age=65534, hard_age=65534, priority=2,in_port=1 actions=drop 
  5. cookie=0x0, duration=76681.36s, table=0, n_packets=68, n_bytes=7950,idle_age=17, hard_age=65534, priority=1 actions=NORMAL 

如上所述，VM相連的port使用了Vlan tag 1。然后虛擬機網(wǎng)絡(luò)（eth2)上的port使用tag1000。OVS會修改VM和物理網(wǎng)口間所有package的vlan。在openstack中，OVS agent 控制open vswitch中的flows，用戶不需要進(jìn)行操作。如果你想了解更多的如何控制open vswitch中的流，可以參考http://openvswitch.org中對ovs-ofctl的描述。

#p#

Network Namespaces (netns)

網(wǎng)絡(luò)namespace是linux上一個很cool的特性，它的用途很多。在openstack網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用。網(wǎng)絡(luò)namespace是擁有獨立的網(wǎng)絡(luò)配置隔離容器，并且該網(wǎng)絡(luò)不能被其他名字空間看到。網(wǎng)絡(luò)名字空間可以被用于封裝特殊的網(wǎng)絡(luò)功能或者在對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)隔離的同時完成一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。在Oracle OpenStack Tech Preview中我們使用***的R3企業(yè)版內(nèi)核，該內(nèi)核提供給了對netns的完整支持。

通過如下例子我們展示如何使用netns命令控制網(wǎng)絡(luò)namespaces。定義一個新的namespace:

  1. # ip netns add my-ns 
  2. # ip netns list 
  3. my-ns 

我們說過namespace是一個隔離的容器，我們可以在namspace中進(jìn)行各種操作，比如ifconfig命令。

  1. # ip netns exec my-ns ifconfig -a 
  2. lo        Link encap:Local Loopback 
  3.           LOOPBACK  MTU:16436 Metric:1 
  4.           RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 
  5.           TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 
  6. collisions:0 txqueuelen:0 
  7.           RX bytes:0 (0.0 b)  TX bytes:0 (0.0 b) 

我們可以在namespace中運行任何命令，比如對debug非常有用的tcddump命令，我們使用ping、ssh、iptables命 令。連接namespace和外部：連接到namespace和namespace直接連接的方式有很多，我們主要聚集在openstack中使用的方 法。openstack使用了OVS和網(wǎng)絡(luò)namespace的組合。OVS定義接口，然后我們將這些接口加入namespace中。

  1. # ip netns exec my-ns ifconfig -a 
  2. lo        Link encap:Local Loopback 
  3.           LOOPBACK  MTU:65536 Metric:1 
  4.           RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 
  5.           TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 
  6. collisions:0 txqueuelen:0 
  7.           RX bytes:0 (0.0 b)  TX bytes:0 (0.0 b) 
  8.  
  9. my-port   Link encap:Ethernet HWaddr 22:04:45:E2:85:21 
  10.           BROADCAST  MTU:1500 Metric:1 
  11.           RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 
  12.           TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 
  13. collisions:0 txqueuelen:0 
  14.           RX bytes:0 (0.0 b)  TX bytes:0 (0.0 b) 

現(xiàn)在我們可以增加更多的ports到OVS bridge，并且連接到其他namespace或者其他設(shè)備比如物理網(wǎng)卡。Neutron使用網(wǎng)絡(luò)namespace來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如DHCP、routing、gateway、firewall、load balance等。下一篇文章我們會討論更多細(xì)節(jié) 。

Linux bridge and veth pairs

Linux bridge用于連接OVS port和虛擬機。ports負(fù)責(zé)連通OVS bridge和linux bridge或者兩者與虛擬機。linux bridage主要用于安全組增強。安全組通過iptables實現(xiàn)，iptables只能用于linux bridage而非OVS bridage。

Veth對在openstack網(wǎng)絡(luò)中大量使用，也是debug網(wǎng)絡(luò)問題的很好工具。Veth對是一個簡單的虛擬網(wǎng)線，所以一般成對出現(xiàn)。通常Veth對的一端連接到bridge，另一端連接到另一個bridge或者留下在作為一個網(wǎng)口使用。

這個例子中，我們將創(chuàng)建一些veth對，把他們連接到bridge上并測試聯(lián)通性。這個例子用于通常的Linux服務(wù)器而非openstack節(jié)點：創(chuàng)建一個veth對，注意我們定義了兩端的名字：

  1. # ip link add veth0 type veth peer name veth1 
  2.  
  3. # ifconfig -a 
  4.  
  5. . 
  6.  
  7. . 
  8.  
  9. veth0     Link encap:Ethernet HWaddr 5E:2C:E6:03:D0:17 
  10.  
  11.           BROADCAST MULTICAST  MTU:1500 Metric:1 
  12.  
  13.           RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 
  14.  
  15.           TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 
  16.  
  17. collisions:0 txqueuelen:1000 
  18.  
  19.           RX bytes:0 (0.0 b)  TX bytes:0 (0.0 b) 
  20.  
  21. veth1     Link encap:Ethernet HWaddr E6:B6:E2:6D:42:B8 
  22.  
  23.           BROADCAST MULTICAST  MTU:1500 Metric:1 
  24.  
  25.           RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 
  26.  
  27.           TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 
  28.  
  29. collisions:0 txqueuelen:1000 
  30.  
  31.           RX bytes:0 (0.0 b)  TX bytes:0 (0.0 b) 
  32.  
  33. . 
  34.  
  35. . 

為了讓例子更有意義，我們將創(chuàng)建如下配置：

  1. veth0 => veth1 =>br-eth3 => eth3 ======> eth2 on another Linux server 

br-eht3: 一個基本的Linux bridge，連接veth1和eth3eth3: 一個沒有設(shè)定IP的物理網(wǎng)口，該網(wǎng)口連接著斯有網(wǎng)絡(luò)eth2: 遠(yuǎn)端Linux服務(wù)器上的一個物理網(wǎng)口，連接著私有網(wǎng)絡(luò)并且被配置了IP（50.50.50.1）一旦我們創(chuàng)建了這個配置，我們將通過veth0 ping 50.50.50.1這個遠(yuǎn)端IP，從而測試網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性：

  1. # brctl addbr br-eth3 
  2.  
  3. # brctl addif br-eth3 eth3 
  4.  
  5. # brctl addif br-eth3 veth1 
  6.  
  7. # brctl show 
  8.  
  9. bridge name     bridge id               STP enabled     interfaces 
  10.  
  11. br-eth3         8000.00505682e7f6       no              eth3 
  12.  
  13.                                                         veth1 
  14.  
  15. # ifconfig veth0 50.50.50.50 
  16.  
  17. # ping -I veth0 50.50.50.51 
  18.  
  19. PING 50.50.50.51 (50.50.50.51) from 50.50.50.50 veth0: 56(84) bytes of data. 
  20.  
  21. 64 bytes from 50.50.50.51: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.454 ms 
  22.  
  23. 64 bytes from 50.50.50.51: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.298 ms 
  24.  
  25. # ethtool -S veth1NIC statistics:peer_ifindex: 12# ip link..12: veth0: mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000 

如果命名不像例子中這么顯而易見，導(dǎo)致我們無法支持veth設(shè)備的兩端，我們可以使用ethtool命令查詢。ethtool命令返回index號，通過ip link命令查看對應(yīng)的設(shè)備：

  1. # ethtool -S veth1 
  2.  
  3. NIC statistics: 
  4.  
  5. peer_ifindex: 12 
  6.  
  7. # ip link 
  8.  
  9. . 
  10.  
  11. . 
  12.  
  13. 12: veth0:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000 

總結(jié)

文章中，我們快速了解了OVS/網(wǎng)絡(luò)namespaces/Linux bridges/veth對。這些組件在openstack網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中大量使用，理解這些組件有助于我們理解不同的網(wǎng)絡(luò)場景。

原文出自：http://blog.csdn.net/halcyonbaby/article/details/41524447

責(zé)任編輯：Ophira 來源： 追尋神跡的博客
openstacknetworkovsbridgeveth
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