Openstack 網(wǎng)絡知識資料總結(jié)：

Openstack 概念

我剛聽說要去做 openstack 開發(fā)的時候，蠻激動的啊。雖然我不知道 openstack 是什么東西，但是我知道這個東西和云計算有關。云計算這東西，聽著就高大上，各大互聯(lián)網(wǎng)公司都有投人進去搞，所以大方向上是必須肯定的。于是我按捺不住了，想在自己的主機上部署 openstack，來體驗下這個是什么東西。經(jīng)過一頓折騰之后，終于在虛擬機里面用 devstack 把 openstack 給部署出來了（部署過程中，最坑的就是國內(nèi)的防火墻）。

部署的過程，其實就是把一堆 Python 包安裝到主機系統(tǒng)的過程。openstack 有一個 python 包叫做 Dashboard，這個東西提供了一個 Web 界面，從那里我真正體驗到了 openstack 是個啥。在 Dashboard 上創(chuàng)建一臺虛擬機的過程蠻有趣的，這個過程涉及到的步驟，很多都和現(xiàn)實中安裝電腦很像。

我在 Dashboard 創(chuàng)建了兩臺 Instance 主機，兩臺主機跑的好好的。就目前來說，這個效果和 VMware Workstation 軟件就很像了，可以在一臺物理機上，跑多虛擬主機。只不過 VMware Workstation 軟件面向的是單臺物理機，而 openstack 卻可以 面對物理機集群 進行管理和虛擬化。當成百上千的物理機被 openstack 管理著，而終端使用用戶只需要面對唯一的一個 Dashboard 界面，這個時候私有云的概念就體現(xiàn)出來了。

有了感性的認識后，再去 openstack 官網(wǎng)是什么定義自己的：

Open source software for creating private and public clouds.

OpenStack software controls large pools of compute, storage, and networking resources throughout a datacenter, managed through a dashboard or via the OpenStack API. OpenStack works with popular enterprise and open source technologies making it ideal for heterogeneous infrastructure.

Hundreds of the world's largest brands rely on OpenStack to run their businesses every day, reducing costs and helping them move faster. OpenStack has a strong ecosystem, and users seeking commercial support can choose from different OpenStack-powered products and services in the Marketplace.

The software is built by a thriving community of developers, in collaboration with users, and is designed in the open at our Summits.

OpenStack 軟件控制整個數(shù)據(jù)中心的大型計算，存儲和網(wǎng)絡資源，用戶可以通過 Dashboard 或 OpenStack API 進行管理。就我理解，Openstack 更像是一個操作系統(tǒng)，一個強大的云計算操作系統(tǒng)。

Openstack 網(wǎng)絡概念

我前面通過 Dashboard 創(chuàng)建的兩個 Instance 虛擬機，它們之間是可以互相 ping 通的，因為它們兩是處于同一個二層網(wǎng)絡的，都是直接鏈接到 Provider 網(wǎng)絡。

｜ VM1 |       | VM2 |
｜-------|       |-------|
  |           |
  | Eth(172.24.4.2)   | Eth(172.24.4.3)
____|______________________|___________
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Provider (172.24.4.0/24)

上面的拓撲其實已經(jīng)涵蓋了 openstack 中比較核心的三個網(wǎng)絡概念：Network，Subnet, Port 。我們把這三個概念和上面的網(wǎng)絡拓撲映射一下：

1. “Provider” 這個名字，對應的就是 openstack 的 Network
2. “172.24.4.0/24” 這個 IP 地址池，對應的就是 openstack 的 Subnet
3. “Eth(172.24.4.2)” 這個 Instance 網(wǎng)卡，對應的就是 openstack 的 Port
   

其實我們還可以讓 VM1 和 VM2 不在一個二層網(wǎng)絡上，只不過這個時候，就需要引入 openstack 網(wǎng)絡的另一核心概念 Router。 

 | VM2 |
            |-------|
              |
              | Eth(10.0.0.2)
           _______|_______
           - - - - - - - - Private (10.0.0.0/24)
              |
              | If(10.0.0.1)
              |
 | VM1 |       | Router1 |
 |-------|       |----------|
  |            |
  | Eth(172.24.4.2)    | Gw(172.24.4.3)
____|_______________________|__________
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Provider (172.24.4.0/24)

這樣一來 VM1 和 VM2 就不在同一個二層網(wǎng)絡了，兩個 Instance 虛擬機的網(wǎng)絡環(huán)境也就實現(xiàn)了隔離。從拓撲上可以看出，這里多出了三樣新部件：

1. Router: 也就是拓撲中的 Router1
2. Router-Gateway: 也就是拓撲中的 Gw(172.24.4.3)，主要是為了 Router1 后面的虛擬機訪問 Provider 網(wǎng)絡。
3. Router-Interface: 也就是拓撲中的 If(10.0.0.1)，讓 Router1 作為 Private 網(wǎng)絡的 L3 網(wǎng)關。
   

上面兩個網(wǎng)絡拓撲，就覆蓋 openstack 網(wǎng)絡的核心概念了，當然僅僅有以上四個核心概念，是沒辦法適應實際 Data Center 復雜的網(wǎng)絡拓撲需求的，為此有了其他虛擬網(wǎng)絡概念如：FloatingIP, SecurityGroup, ServiceFunctionChain 等。

Openstack 網(wǎng)絡組件介紹

Openstack 包含了非常多的子項目，目前幾個核心的子項目如下：

• Nova: 提供 compute 計算能力（虛擬機）
• Neutron: 提供 networking 網(wǎng)絡連接能力
• Glance: 提供 image 鏡像存儲能力
• Keystone: 提供 identity 身份認證能力
• Cinder / Swift: 提供 storage 存儲能力

網(wǎng)絡虛擬化是塊發(fā)展比較快的領域，到目前 Neutron 已經(jīng)很好的支持 L2, L3, HA, SecurityGroup, LBaas, FWaas, VPNaas, DVR 等等。只不過我看過一些文章，里面說到 Neutron 的發(fā)展方向應該是，專注于 API 標準的定制。讓各個網(wǎng)絡功能從 Neutron 中剝離出去，讓各個網(wǎng)絡設備商的 SDN Controller Plugin 去聚焦和實現(xiàn)這部分功能。Neutron 需要設計出一組良好的北向接口規(guī)范，讓自己成為一個純粹的 API Server（這些觀點的正確性，我也不確定，只不過換個高度看事情，未嘗不是件好事）。

Neutron 里面有兩個框架比較有趣， ML2 框架和 Extension Plugin框架 。ML2 是對 L2 網(wǎng)絡功能的一次抽象，這讓不同的 L2 虛擬化技術（LinuxBridge, OpenvSwitch…）只需統(tǒng)一對接到 ML2 即可。而 Extension Plugin 為一些在開發(fā)中的 SDN Controler or Network Function Virtual，能夠方便的對接到 Neutron 中，進行部署測試，待其孵化成熟之后，再合并到 Neutron 項目中。我在主機上部署的 Openstack (Neutron + OVN)，其實就是充分利用了 Neutron ML2 和 ExtensionPlugin 才得以實現(xiàn)，從這點上也看出了 Neutron 的靈活性非常強大。

上面簡單介紹了 Neutron，現(xiàn)在說說 OVN (Open Virtual Network for OpenvSwitch)，它是 OpenvSwitch 團隊自己孵化 OVS 的子項目，目的是為了讓 OVS 更加友好的支持虛擬網(wǎng)絡，容我引用 IBM 的一篇博文的精彩觀點：

Pick up from 如何借助 OVN 來提高 OVS 在云計算環(huán)境中的性能

眾所周知，OpenvSwitch 以其豐富的功能和不錯的性能，已經(jīng)成為 Openstack 部署中最受歡迎的虛擬交換機。由于 Openstack Neutron 的架構(gòu)引入了一些性能問題，比如 neutron-server 要與非常多的 agent 通信，RPC 就是一個性能瓶頸，還有 neutron 里面用到非常多的 namespace，namespace 資源有限而且系統(tǒng)開銷比較大，這也是一個性能瓶頸。OVS 社區(qū)覺得從長遠來看，Neutron 應該讓一個其它的項目來做虛擬網(wǎng)絡的控制平面，Neutron 只需要提供 API 的處理，于是 OVS 社區(qū)推出了 OVN（Open Virtual Network）這個項目，OVN 是 OVS 的控制平面，它給 OVS 增加了對虛擬網(wǎng)絡的原生支持，大大提高了 OVS 在實際應用環(huán)境中的性能和規(guī)模。

如果想用 OVN 和 Neutron 進行集成使用，還需要 Networking-ovn Plugin 的幫助。Networking-ovn 是個比較簡單的 Plugin，它的工作是將 Neutron 中對虛擬網(wǎng)絡的定義，翻譯到 OVN 對虛擬網(wǎng)絡的定義中去。它的簡單，來源于優(yōu)美的 Neutron API 接口設計，和精簡的 OVN 北向數(shù)據(jù)庫表設計。

|   OPENSTACK   |
|           |
|   (neutron)   | API Server
-----------------------
     | |
     v v
---> networing-ovn <--- Service and Plugin
     | |
     v v
   |----------|
   |  OVN  |    SDN Controller for OpenvSwitch
   |----------|
     |
     v
----------------------
|  OpenvSwitch   |  DataPlan support for Virtual Networking Function
|          |

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