Neutron的网络实现模型

Neutron的三类节点

1. 计算节点
2. 网络节点
3. 控制节点

Neutron将在这三类节点中进行部署，Neutron在各个计算节点，网络节点中运行各种各样的Agent，在控制节点中，与在网络节点中相同，一个控制节点意味着一个Host/VM

OpenStack的三大组件

• 计算
• 存储
• 网络

1.计算节点的网络实现模型

计算节点内的虚拟机或计算节点之间的通信，分为二层通信和三层通信，其中二层通信需要Bridge，三层通信需要Router。其中Router位于网络节点。Neutron当前支持的二层网络类型有local、Flat、Vlan、GRE、Vxlan、Geneve 6种。

若将计算节点的网络实现模型在网络层面进行考虑的话，计算节点可以分为两层：用户网络层和本地网络层。

• 用户网络层：由用户创建，属于外部网络，用户网络层对应的Bridge是br-ethx或者br-tun，实现载体一般为OVS，作用主要是进行用户网络与本地网络的转换，如：内外VID转换，VXLAN封装与解封装等。
• 本地网络层：指Host内部的本地网络，由于用户网络层的屏蔽作用，本地网络层只能感知到一种技术VLAN。且本地网络由负责安全的qbr（Linux Bridge）的安全层和负责内部交换的br-int（OVS）的bridge层两层来实现。

1.1 VLAN实现模型

qbr与br-int

qbr与br-int都是Bridge，qbr的实现载体是Linux Bridge，br-int的实现载体是OVS，qbr与br-int之间通过veth pair连接，虚拟机（VM）与qbr之间通过tap连接，且只有一个tap。

br-ethx

br-ethx也是一个Bridge，实现载体是OVS，负责与外部通信，外部指的是Host外部。

br-int与br-ethx通过veth pair连接，br-ethx存在一个真正的物理网卡。

详细参考Neutron学习笔记1--基本概念

VLAN ID 转换

出报文的转换过程

1. 虚拟机（VM）发出后为Untag报文
2. 经过qbr-xxx后，还是Untag报文
3. 在进入br-int时，被打上标签，VLANID=10，且离开br-int时依然是VLANID=10
4. 在进入br-ethx时，打上VLANID=100的标签
5. 离开br-ethx时，即离开主机Host时，VLANID=100。

即在br-int时打上标签变为tag，在br-ethx上打上标签进行报文的ID转换。

入报文的转换过程

1. 从Host进入到br-ethx，为tag报文，VLANID=100;
2. 离开br-ethx时，VLANID=10;
3. 进入br-int时，VLANID=10;
4. 出br-int时，变为Untag；
5. 通过qbr-xxx进入虚拟机（VM）

1.2 VXLAN实现模型

与VLAN实现模型基本相同，只不过将br-ethx变为br-tun。

出报文的转换过程

1. 虚拟机（VM）发出Untag报文
2. 经过qbr-xxx后，依然是Untag报文
3. 进入br-int时，打上VLANID=50的标签
4. 离开br-int时，VLANID=50
5. 进入br-tun，VLANID=50
6. 离开时，VLAN封装为VXLAN，且VNI=100

注：出br-tun时，VLAN变为VXLAN,并转为VNI=100。

入报文的转换过程

1. 报文从host到br-tun之前，是VXLAN报文，VNI=100;
2. 进入到br-tun时，被转换为VLAN报文，VID=50;
3. 从br-tun离开到进入br-int后，都是tag报文，VID=50;
4. 出br-int时，变为Untag；
5. 通过qbr-xxx进入到虚拟机（VM）

1.3 GRE实现模型

转换过程与VXLAN相同，不同的是GRE是通过br-tun构建GRE Tunnel

2.网络节点实现模型

计算节点实现模型构建了各种类型的二层网络，但若要一个虚拟机VM访问一个外部网络，则要通过网络节点实现。

Neutron是这样假设这个组网模型的：

1. VM访问Internet，必须经过网络节点，网络节点作为第一层网关
2. 网络节点会连接到DC物理网络中的一个设备，这个设备可以作为第二层网关

Neutron在网络节点部署Router以外，还有dhcp server等服务。

网络节点可以划分为4层：

1. 用户网络层
2. 本地网络层
3. 网络服务层
4. 外部网络层

其中用户网络层和本地网络层与计算节点相同

网络服务层

典型服务：DHCP Service和Router Service

1. Neutron的DHCP Service，采用的是dnsmasq进程（轻量级服务进程，可以提供dns、dhcp、tftp等服务）
2. 一个网络一个DHCP Service。
3. 由于存在多个DHCP Service，Neutron采用的是namespace方法做隔离，即一个DHCP Service运行在一个namespace中。

外部服务层

外部服务层只包含br-ex，严格来说还应包括Router，因为Router是与外部网络连接的主体。

3.控制节点的实现模型

计算节点和网络节点承担着网络构建任务。通过两个节点中的Bridge，DHCP Service Router等，控制节点并没有实现具体的网络功能，它只是对各种虚拟网元做管理配合。

但Neutron的所谓控制功能不仅仅是体现在一个控制节点，计算和网络节点也存在Agent。

参考：深入理解OpenStack Neutron

说明：本文为学习笔记，详细请查阅参考文献