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王小民并没有说破来人的身份,只是含糊其辞的道:“我现在正被人找上门来,说要揍我呢。”
雪飞鸿没好气的说道:“还能去哪,去洗澡,刚才你呕吐的时候,溅到我了,我要去洗洗。”

三人亦入了北海,悟空施展起御水之术,将通风与王禺远远落在后面。

觉得OpenStack的网络复杂?其实你家里就有同样一个网络


当你想了解OpenStack的Neutron网络,打开下面这张图的时候,心里一定是崩溃的,看起来这些模块连在一起很复杂,但其实和你家里的网络很像,看不出来?看我来慢慢解析。

 

 

其实这个网络的样子更像是我上大学的时候的寝室里面的网络。

 

作为一个已到中年的80后,在两千年初上大学的时候,当时家用路由器的价格还很高,所以我们寝室买不起家用路由器,只好买一个hub,将整个寝室的四台电脑连接起来,整个寝室只有一个对外网口,于是寝室长的电脑需要买两张网卡(当时买另外一张网卡是需要整个寝室分摊钱的),一张连接外网网口,一张连接Hub,其实是充当路由器的作用,其他的室友的网线都插到Hub上,任何一个人要上外网,必须把寝室长的电脑打开才可以。

 

整个寝室的网络拓扑结构如下:

 

 

如果是现在家里有路由器的,拓扑架构如下:

 

 

家里的路由器一般都会有DHCP功能,家里的设备只要连接到路由器,就会自动被分配一个IP地址,家里的路由器会有一个内网IP地址192.168.1.1,

家里的电脑的网关一般就设置为这个地址,当家里的电脑上网的时候,也是通过路由器,从公网口出去到互联网上访问。

 

 

接下来,我们将整个寝室放在一台物理机里面,虚拟机是你的电脑,路由器和DHCP Server相当于家用路由器或者寝室长的电脑,外网网口访问互联网,所有的电脑都通过内网网口连接到一个Hub上,名为br-int,虚拟机要想访问互联网,需要通过Hub br-int连到路由器上,然后通过路由器将请求转发到公网。

 

接下来的事情就惨了,你和你的寝室长闹矛盾了,你们要分开宿舍住,分成两个宿舍,对应上面的图,路由器和VM分在两台物理机上,这下把一个完整的br-int一刀两断,一半放在寝室长宿舍,一半放在你的宿舍。

 

可是只有你的寝室长有公网口可以上网,于是你偷偷的在两个宿舍中间打了一个隧道,用网线通过隧道将两个宿舍的两个br-int连接起来,让你的电脑和你寝室长的电脑感觉上,还是连到同一个br-int上,其实中间通过你的隧道中的网线做了转发。

 

 

为什么要多一个br-tun这个虚拟交换机呢?主要通过br-int这一层将虚拟机之间的互联和主机之间的互联分成两层来设计,tun的意思就是tunnel,就是隧道,隧道可以各种挖法,GRE,VXLAN都可以。

 

如果两个寝室之间的互联是通过VLAN,则结构如下:

 

 

这两个加起来,是不是最上面的那张图了。

 

接下来我们详细解读各个部分:

 

一、tap/tun设备

 

将guest system的网络和host system的网络连在一起

 

Tun/tap驱动程序中包含两个部分,一部分是字符设备驱动,还有一部分是网卡驱动部分

 

 

二、Openvswitch的基本概念

 

br-int & br-tun由Openvswitch实现

 

Openvswitch是一个virutal switch, 支持Open Flow协议,当然也有一些硬件Switch也支持Open Flow协议,他们都可以被统一的Controller管理,从而实现物理机和虚拟机的网络联通。

 

 

Openvswitch创建出来的虚拟交换机会保存很多Flow Table包含许多entry,每个entry是对packet进行处理的规则

 

 

Match Field涵盖TCP/IP协议各层:

  • Layer 1 – Tunnel ID, In Port, QoS priority, skb mark

  • Layer 2 – MAC address, VLAN ID, Ethernet type

  • Layer 3 – IPv4/IPv6 fields, ARP

  • Layer 4 – TCP/UDP, ICMP, ND

Action也主要包含下面的操作:

  • Output to port (port range, flood, mirror)

  • Discard, Resubmit to table x

  • Packet Mangling (Push/Pop VLAN header, TOS, ...)

  • Send to controller, Learn

 

 

这些Flow Table可以通过OpenFlow协议进行增删查改。

 

 

这些FlowTable里面的规则执行顺序安装Table的优先级来,高优先级的先执行,低优先级的后执行,执行过程中可任意修改网络包的内容,修改完毕后,可以扔给另一个Table,也可以直接output从一个虚拟口将包发出来。

 

三、解析br-int

 

br-int主要使用openvswitch中port的vlan功能

 

Port的一个重要的方面就是VLAN Configuration,有两种模式:

 

模式一:trunk port

  • 这个port不配置tag,配置trunks

  • 如果trunks为空,则所有的VLAN都trunk,也就意味着对于所有的VLAN的包,本身带什么VLAN ID,就是携带者什么VLAN ID,如果没有设置VLAN,就属于VLAN 0,全部允许通过。

  • 如果trunks不为空,则仅仅带着这些VLAN ID的包通过。

模式二:access port

  • 这个port配置tag,从这个port进来的包会被打上这个tag

  • 如果从其他的trunk port中进来的本身就带有VLAN ID的包,如果VLAN ID等于tag,则会从这个port发出

  • 从其他的access port上来的包,如果tag相同,也会被forward到这个port

  • 从access port发出的包不带VLAN ID

  • 如果一个本身带VLAN ID的包到达access port,即便VLAN ID等于tag,也会被抛弃。

 

例如要创建如下的虚拟网络和虚拟交换机

 

 

执行以下的命令

 

ovs-vsctl add-br ubuntu_br

 

ip link add first_br type veth peer name first_if

ip link add second_br type veth peer name second_if

ip link add third_br type veth peer name third_if

 

ovs-vsctl add-port ubuntu_br first_br

ovs-vsctl add-port ubuntu_br second_br

ovs-vsctl add-port ubuntu_br third_br

ovs-vsctl set Port vnet0 tag=101

ovs-vsctl set Port vnet1 tag=102

ovs-vsctl set Port vnet2 tag=103

ovs-vsctl set Port first_br tag=103

ovs-vsctl clear Port second_br tag

ovs-vsctl set Port third_br trunks=101,102

需要监听ARP,所以禁止MAC地址学习

ovs-vsctl set bridge ubuntu_br flood-vlans=101,102,103

 

实验结果如下:

 

从192.168.100.102来ping 192.168.100.103,应该first_if和second_if能够收到包

从192.168.100.100在ping 192.168.100.105, 则second_if和third_if可以收到包

从192.168.100.101来ping 192.168.100.104, 则second_if和third_if可以收到包

 

四、解析br-tun

 

br-tun主要使用openvswitch的tunnel功能和Flow功能。

 

Openvswitch支持三类Tunnel:gre,vxlan,ipsec_gre。

 

命令分别如下:

 

ovs-vsctl add-br testbr

 

ovs-vsctl add-port testbr gre0 -- set Interface gre0 type=gre options:local_ip=192.168.100.100 options:remote_ip=192.168.100.101

 

ovs-vsctl add-port testbr vxlan0 -- set Interface vxlan0 type=vxlan options:local_ip=192.168.100.100 options:remote_ip=192.168.100.102

 

ovs-vsctl add-port testbr ipsec0 -- set Interface ipsec0 type=ipsec_gre options:local_ip=192.168.100.101 options:remote_ip=192.168.100.102 options:psk=password

 

对于Flow Table的管理,由ovs-ofctl来控制

  • add−flow switch flow

  • mod−flows switch flow

  • del−flows switch [flow]

主要控制两类

  • Match Field

  • Actions

 

对于Match Field,不同网络层的表示方式不同,如下:

 

Actions有以下几类:

  • output:port 和 output:NXM_NX_REG0[16..31]

  • enqueue:port:queue

  • mod_vlan_vid:vlan_vid

  • strip_vlan

  • mod_dl_src:mac 和 mod_dl_dst:mac

  • mod_nw_src:ip 和 mod_nw_dst:ip

  • mod_tp_src:port 和 mod_tp_dst:port

  • set_tunnel:id

  • resubmit([port],[table])

  • move:src[start..end]−>dst[start..end]

  • load:value−>dst[start..end]

  • learn(argument[,argument]...)

 

我们模拟创建一个如下的网络拓扑结构,模拟OpenStack里面的行为

 

 

Flow Table的设计如下:

 

 

下面详细描述FlowTable的添加过程,OpenStack也是这样一个个规则添加进去的。

 

(1) 删除所有的Flow

 

ovs-ofctl del-flows br-tun

 

(2) Table 0

 

从port 1进来的,由table 1处理

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=1 in_port=1 actions=resubmit(,1)"

 

从port 2/3进来的,由Table 3处理

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=1 in_port=2 actions=resubmit(,3)"

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=1 in_port=3 actions=resubmit(,3)"

 

默认丢弃

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=0 actions=drop"

 

(3) Table 1

 

对于单播,由table 20处理

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=1 table=1 dl_dst=00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=resubmit(,20)"

 

对于多播,由table 21处理

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=1 table=1 dl_dst=01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=resubmit(,21)"

 

(4) Table 2

 

默认丢弃

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=0 table=2 actions=drop"

 

(5) Table 3

 

默认丢弃

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=0 table=3 actions=drop"

 

Tunnel ID -> VLAN ID

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=1 table=3 tun_id=0x1 actions=mod_vlan_vid:1,resubmit(,10)"

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=1 table=3 tun_id=0x2 actions=mod_vlan_vid:2,resubmit(,10)"

 

(6) Table 10

 

MAC地址学习

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=1 table=10  actions=learn(table=20,priority=1,hard_timeout=300,NXM_OF_VLAN_TCI[0..11],NXM_OF_ETH_DST[]=NXM_OF_ETH_SRC[],load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[],output:NXM_OF_IN_PORT[]),output:1"

 

 

  • Table 10是用来学习MAC地址的,学习的结果放在Table 20里面,Table20被称为MAC learning table

  • NXM_OF_VLAN_TCI这个是VLAN Tag,在MAC Learning table中,每一个entry都是仅仅对某一个VLAN来说的,不同VLAN的learning table是分开的。在学习的结果的entry中,会标出这个entry是对于哪个VLAN的。

  • NXM_OF_ETH_DST[]=NXM_OF_ETH_SRC[]这个的意思是当前包里面的MAC Source Address会被放在学习结果的entry里面的dl_dst里面。这是因为每个switch都是通过Ingress包来学习,某个MAC从某个port进来,switch就应该记住以后发往这个MAC的包要从这个port出去,因而MAC source address就被放在了Mac destination address里面,因为这是为发送用的。

  • load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[]意思是发送出去的时候,vlan tag设为0,所以结果中有actions=strip_vlan

  • load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[]意思是发出去的时候,设置tunnel id,进来的时候是多少,发送的时候就是多少,所以结果中有set_tunnel:0x3e9

  • output:NXM_OF_IN_PORT[]意思是发送给哪个port,由于是从port2进来的,因而结果中有output:2

 

(7) Table 20

 

这个是MAC Address Learning Table,如果不空就按照规则处理

如果为空,就使用默认规则,交给Table 21处理

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=0 table=20 actions=resubmit(,21)"

 

(8) Table 21

 

默认丢弃

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=0 table=21 actions=drop"

 

VLAN ID -> Tunnel ID

 

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=1table=21dl_vlan=1 actions=strip_vlan,set_tunnel:0x1,output:2,output:3"

ovs-ofctl add-flow br-tun "hard_timeout=0 idle_timeout=0 priority=1table=21dl_vlan=2 actions=strip_vlan,set_tunnel:0x2,output:2,output:3"

 

五、解析Router

 

使用namespace中的routing table

 

ip netns exec qrouter-5a74908c-712c-485c-aa9f-6c1e8b57e3e1 route -n

Kernel IP routing table

Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface

0.0.0.0         16.158.164.1    0.0.0.0         UG    0      0        0 qg-52de6441-db

10.0.0.0        0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 qr-e0967604-78

16.158.164.0    0.0.0.0         255.255.252.0   U     0      0        0 qg-52de6441-db

 

Floating IP使用namespace中的iptables的nat

 

ip netns exec qrouter-5a74908c-712c-485c-aa9f-6c1e8b57e3e1 iptables -t nat -nvL

 

 

六、解析br-ex

 

将namespace中的网络和namespace外的网络连接起来

 

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发布时间:2018-11-17 04:17:11

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编辑:石公帝


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