标签：API 网络服务 虚拟机 VLAN 网络 虚拟 OpenStack Neutron

Neutron 网络服务

网络是openstack最重要的资源之一， 没有网络，虚拟机将被隔离。Openstack的网络服务最主要的功能就是为虚拟机实例提供网络连接，最初由nova的一-个单独模块nova-compute实现，但是nova-compute支持的网络服务有限，无法适应大规模、高密度和多项目的云计算，现已被专门的网络服务项目Neutron所取代。
Neutron为整个openstack环境提供软件定义网络支持，主要功能包括二层交换、三层路由、防火墙、VPN, 以及负载均衡等。Neutron在由其他openstack服务 (如nova)管理的网络接口设备 (如虚拟网卡)之间提供网络连接即服务。

linux网络虚拟化

linux网络虚拟化：
传统的物理网络：

需要对二层物理网络进行抽象和管理：

• 实现虚拟化后，多个物理服务器可以被虚拟机取代，部署在同一台物理服务器，上。虚拟机由虚拟机管理器(Hypervisor)实现，在Linux系统中Hypervisor通常采用kvm。在对服务器进行虚拟化的同时，也对网络进行虚拟化。
• Hypervisor为虚拟机创建一个或多个虚拟网卡(vNIC)，虚拟网卡等同于虚拟机的物理网卡。物理交换机在虚拟网络中被虚拟为虚拟交换机(vSwitch)，虚拟机的虚拟网卡连接到虚拟交换机上，虚拟机交换机再通过物理主机的物理网卡连接到外部网络。
• 对于物理网络来说，虚拟化的主要工作是对网卡和交换设备的虚拟化。

linux虚拟网桥：

• 与物理机不同，虚拟机并没有硬件设备，但是也要与物理机和其他虚拟机进行通信。LinuxKVM的解决方案是提供虚拟网桥设备，像物理交换机具有若干网络接口(网卡)
  一样，在网桥上创建多个虚拟的网络接口，每个网络接口再与KVM虚拟机的网卡相连。
• 在Linux的KVM虚拟系统中，为支持虚拟机的网络通信，网桥接口的名称通常以vnet开头，加上从0开始顺序编号，如vnet0、vnet1,
  在创建虚拟机时会自动创建这些接口。虚拟网桥br1和br2分别连接到物理主机的物理网卡1和物理网卡2。

虚拟局域网：

• 一个网桥可以桥接若干虚拟机，当多个虚拟机连接在同一网桥时，每个虚拟机发出的广播包会引发广播风暴，影响虚拟机的网络性能。通常使用虚拟局域网(VLAN)将部分虚拟机的广播包限制在特定范围内，不影响其他虚拟机的网络通信。
• 通常使用VLAN将部分虚拟机的广播包限制在特定范围内，不影响其他虚拟机的网络通信。
• 将多个虚拟机划分到不同的VLAN中，同一VL AN的虚拟机相当于连接同一网桥上。
• 在Linux虚拟化环境中，通常会将网桥与VLAN对应起来，也就是将网桥划分到不同的VLAN中
• VLAN协议为802.1Q，VLAN是具有802.1Q标签的网络。

开放虚拟交换机

• 开放虚拟交换机 (Open vSwitch)
  是与硬件交换机具备相同特性，可在不同虚拟平台之间移植（保持自己的功能特性，同时具有兼容性），具有产品级质量的虚拟交换机，适合在生产环境中部署。
• 交换设备的虚拟化对虚拟网络来说至关重要。在传统的数据中心，管理员可以对物理交换机进行配置，控制服务器的网络接入，实现网络隔离、流量监控、QoS配置、流量优化等目标。在云环境中，采用Open
  vSwitch技术的虚拟交换机可使虚拟网络的管理、网络状态和流量的监控得以轻松实现。
• Open
  Switch在云环境中的虚拟化平台上实现分布式虚拟交换机，可以将不同主机上的OpenvSwitch交换机连接起来，形成一个大规模的虚拟网络。

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网络负责创建和管理 虚拟网络基础架构，包括网络、交换机、子网和路由器，这些设备由OpenStack计算服务Nova管理。同时，网络服务还提供防火墙和VPN这样的高级服务。可以将网络服务部署到特定主机.上。OpenStack网络组件与身份服务、计算服务和仪表板等多个OpenStack组件进行整合

Neutron网络结构

• 一个简化的典型的Neutron网络结构如图所示，包括一个外部网络、一个内部网络和一个路由器。
• 外部网络负责连接OpenStack项目之外的网络环境，又称公共网络。与其他网络不同，它不仅仅是-一个虚拟网络，更重要的是，它表示OpenStack网络能被外部物理网络接入并访问。外部网络可能是企业的局域网(Intranet)
  ，也可能是互联网(Internet) ，这类网络并不是由Neutron直接管理。
• 内部网络完全由软件定义，又称私有网络。它是虚拟机实例所在的网络，能够直接连接到虚拟机。项目用户可以创建自己的内部网络。默认情况下，项目之间的内部网络是相互隔离的，不能共享。该网络由Neutron直接配置与管理。
  路由器用于将内部网络与外部网络连接起来，因此，要使虚拟机访问外部网络，必须创建一个路由器。
• Neutron需要实现的主要是内部网络和路由器。内部网络是对二层(L
  2)网络的抽象，模拟物理网络的二层局域网，对于项目来说，它是私有的。路由器则是对三层(L3)
  网络的抽象，模拟物理路由器，为用户提供路由、NAT等服务。

网络子网与端口

• 网络：一个隔离的二二层广 播域，类似交换机中的VLAN。Neutron支持多种类型的网络， 如FLAT、VLAN、VXLAN等。
• 子网：一个IPV4或者IPV6的地址段及其相关配置状态。虚拟机实例的IP地址从子网中分配。每个子网需要定义IP地址的范围和掩码(这个有点像DHCP中定义的作用域的概念)。
• 端口：连接设备的连接点，类似虚拟交换机上的一个网络端口。端口定义了MAC地址和IP地址，当虚拟机的虚拟网卡绑定到端口时，端口会将MAC和IP分配给该虚拟网卡。
• 通常可以创建和配置网络、子网和端口来为项目搭建虚拟网络。网络必须属于某个项目，一个项目中可以创建多个网络。一个子网只能属于某个网络，一个网络可以有多个子网。一个端口必须属于某个子网，一个子网可以有多个端口。

网络拓扑类型

• Local

Local网络与其他网络和节点隔离。该网络中的虚拟机实例只能与位于同-节点上同- -网络的虚拟机实例通信，实际意义不大，主要用于测试环境。位于同一Local网络的实例之间可以通信，位于不同Local网络的示例之间无法通信。一个Local网络只能位于同一个物理节点上，无法跨节点部署。

• Flat

Flat是一种简单的扁平网络拓扑，所有的虚拟机实例都连接在同一网络中，能与位于同一网络的实例进行通信，并且可以跨多个节点。这种网络不使用VLAN,没有对数据包打VLAN标签，无法进行网络隔离。Flat是基于不使用VLAN的物理网络实施的虚拟网络。每个物理网络最多只能实现- -个虚拟网络。

• VLAN

VLAN是支持802.1q协议的虚拟局域网，使用VLAN标签标记数据包，实现网络隔离。同一VLAN网络中的实例可以通信，不同VLAN网络中的实例只能通过路由器来通信。VLAN网络可以跨节点。

• VXLAN

VXLAN (虚拟扩展局域网)可以看作是VLAN的一种扩展，相比于VLAN,它有更大的扩展性和灵活性，是目前支持大规模多租房网络环境的解决方案。由于VLAN包头部限长是12位， 导致VLAN的数量限制是4096 (2^12) 个，不能满足网络空间日益增长的需求。目前VXLAN的封包头部有24位用作VXLAN标识符(VNID)来区分VXLAN网段，最多可以支持16777216 (2^24) 个网段。
VXLAN使用STP防止环路，导致- -半的网络路径被阻断。VXLAN的数据包是封装到UDP通过三层传输和转发的，可以完整地利用三层路由，能克服VLAN和物理网络基础设施的限制，更好地利用已有的网络路径。

• GRE

GRE (通用路由封装)是用一种网络层协议去封装另一种网络层协议的隧道技术。GRE的隧道由两端的源IP地址和目的IP地址定义，它允许用户使用IP封装IP等协议，并支持全部的路由协议。在OpenStack环境中使用GRE意味着"IP over IP”,GRE与VXLAN的主要区别在于，它是使用IP包而非UDP进行封装的。

• GENEVE

GENEVE(通用网络虚拟封装)的目标宣称是仅定义封装数据格式，尽可能实现数据格式的弹性和扩展性。GENEVE封装的包通过标准的网络设备传送，即通过单播或多播寻址，包从一个隧道端点传送到另一个或多个隧道端点。GENEVE帧格式由- -个封装在IPV4或IPV6的UDP里的简化的隧道头部组成。GENEVE推出的主要目的是为了解决封装时添加的元数据信息问题(到底多少位, 怎么用GENEVE自动识别与调整) ，以适应各种虚拟化场景。

总结

随着云计算、大数据、移动互联网等新技术的普及，网络虚拟化技术的趋势在传统单层网络基础上叠加一层逻辑网络。这将网络分为两个层次，传统单层网络称为Underlay (承载网络)，叠加其上的逻辑网络称为Overlay (叠加网络或覆盖网络)。Overlay网络的节点通过虚拟的或逻辑的连接进行通信，每一个虚拟的或逻辑的连接对应于Underlay网络的一条路径，由多个前后衔接的连接组成。Overlay网络无须对基础网络进行大规模修改，不用关心这些底层实现，是实现云网融合的关键。
VXLAN、GRE、GENEVE都是基于隧道技术的overlay网络。

VLAN和VXLAN：vlan是虚拟局域网，通过不同的vlan标签进行网络隔离；vxlan是vlan的扩展，能充分利用三层路由，解决传统vlan和物理设备的环境限制问题，并且比vlan支持更多的网段，基于udp协议。

简单理解：随着目前互联网技术的发展，对于网络部分，使用虚拟化的方案，实现对传统网络的扩展，利用叠加的方式，常用的叠加网络VXLAN、GRE。

openstack中的网络基本架构

Neutron仅有一个主要服务进程neutron-server。它是运行在控制节点上的，对外提供Openstack网络API作为访问Neutron的入口，收到请求后调用插件进行处理，最终由计算节点和网络节点上的各种代理完成请求。
网络提供者是指提供OpenStack网络服务的虚拟或物理网络设备，如Linux Bridge、Open vSwitch,或者其他支持Neutron的物理交换机。
与其他服务一样，Neutron的各组件服务之间需要相互协调和通信，neutron-server. 插件和代理之间通过消息队列进行通信和相互调用。
数据库用于存放OpenStack的网络状态信息，包括网络、子网、端口、路由器等。
客户端是指使用Neutron服务的应用程序，可以是命令行工具、Horizon和Nova计算服务等。
实例：以一个创建VLAN 100虚拟网络的流程为例说明这些组件如何协同工作。

neutron-server收到创建网络的请求，通过消息队列通知已注册的Linux Bridge插件。(插件可以有很多，这里举例创建虚拟网络的插件是Linux Bridge插件)
该插件将要创建的网络信息(如名称、VLAN ID等)保存到数据库中，并通过消息队列通知运行在各节点上的代理
代理收到消息后会在节点上的物理网卡上创建VLAN设备(比如eth1.100)，并创建一个网桥(比如brqxxx)来桥接VLAN设备。
neutron-server详解：
结构：

RESTful API:直接对客户端提供API服务，属于最前端的API，包括Core API和Extension API两种类型。Core API提供管理网络、子网和端口核心资源的RESTful API; Extension API则提供管理路由器、防火墙、负载均衡、安全组等扩展资源的RESTful API。
Common Service:通用服务，负责对API请求进行检验、认证，并授权。
Neutron Core:核心处理程序，调用相应的插件API来处理API请求。
Plugin API:定义插件的抽象功能集合，提供调用插件的API接口，包括Core Plugin API 和 ExtensionPlugin API两种类型。Neutron Core通过Core Plugin API调用相应的Core Plugin，

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来源： https://blog.csdn.net/qyf158236/article/details/113103052

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