盘它！必须要了解的openstack网络服务（Neutron）理论基础

前言

一：Neutron基本架构

• 与 OpenStack其他服务和组件的设计思路一样， Neutron也采用分布式架构，由多个组件（服务）共同对外提供网络服务， Neutron架构非常灵活，层次多，一方面是为了支持各种先有或者将来会出现的先进网络技术，另一方面支持分布式部署，获得足够的扩展性。示意图如下：

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• Neutron仅有一个主要服务进程 Neutron-server，它运行于控制节点上，对外提供OpenStack网络API作为访问 Neutron的入口，收集请求后调用插件（ Plugin）进行处理，最终由计算节点和网络节点上的各种代理（ Agent）完成请求。

• 网络提供者（ Network provider）是指提供者 OPenStack网络服务的虚拟机或者物理网络设备，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的各个组件服务之间需要相互协调通信， Neutron- server、插件、代理之间通过消息队列（默认用 RabbitMQ实现）进行通信和相互协调。

• 数据库（默认使用 Maria DB）用于存放 OpenStack的网络状态信息、包括网络、子网端口、路由器等等。

• 客户端（Client）是指使用 Neutron服务的应用程序，可以是命令行工具（脚本）、 Horizon
  （ OpenStack图形操作界面）和Nova计算服务等

• 举列说明：创建一个vlan10虚拟网络的流程

  • 1.Neutron-server收到创建网络（ Network）的请求，通过消息队列（ RabbitMQ）通知已注册的 Linux Bridge插件，这里架设网络提供者为 Linux Bridge。
  • 2.该插件将要创建的网络信息（如名称、ID值、ⅥANID等）保存到数据库中并通过消息队列通知运行在各个节点上的代理
  • 3.代理收到信息后会在节点上的物理网卡上创建Ⅵan设备（比如物理接口的子接口Eth1.10），并创建一个网桥（比如 brgXXX）来桥接网络设备

二：各个组件（服务）详解

2.1：neutron-server

• Neutron-server提供一组API来定义网络连接和IP地址，供Nova等客户端调用，它本身也是分层模型设计，其层次结构如下：

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• neutron-server包括四个层次

  • （1）Resetful API：直接对客户端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 Resetful API；Extension API提供给网络管理路由器，负载均衡，防火墙，安全组等扩展资源的Resetful API
  • （2）Common Service：通用服务，负责对API请求进行检验，认证并授权。
  • （3）Neutron Core：核心处理程序，调用相应的API插件来处理API的请求。
  • （4）Plugin API：定义插件的抽象功能集合，提供通用调用插件API的接口，包括Core Plugin API和Extension Plugin API两种类型，Neutron Core通过Core Plugin API调用相应的Core Plugin，通过Extension Plugin API调用相应的Service Plugin

2.2：插件

• Neutron遵循 OpenStack的设计原则，采用开放架构，通过插件、代理与网络提供者的配合来实现各种网络功能。
• 插件是 Neutron的一种API的后端实现，目的是增强扩展性。插件按照功能可分为Core Plugin和 Service Plugin两种类型
  • Core pugin提供基础二层虚拟机网络支持，实现网络、子网和端口核心资源的支持。
  • Service plugin是指 Core Plugin之外的其他插件，提供路由器、防火墙、安全组、负载均衡等服务支持
  • 值得一提的是，直到 OpenStack的 Havana版本， Neutron才开始提供一个名为L3 Router Service Plugin的插件支持路由服务。
• 插件由 Neutron-server的 Core Plugin API和 Extension Plugin API调用，用于确定具体的网络功能，即要配什么样的网络，插件处理 Neutron- Server发来的请求，主要职责是在数据库中维护 Neutron网络的状态信息（更新 Neutron数据库），通知相应的代理实现具体的网络功能。每一个插件支持一组API资源并完成特定操作，这些操作最终由插件通过RPC调用相应的代理（ Agent）来完成。

2.3：代理和网络提供者

• 代理处理插件转来的请求，负责在网络提供者上真正实现各种网络功能。代理使用物理网络设备或者虚拟化技术完成实际的操作任务，如用于路由具体操作L3 Agent
• 插件、代理与网络提供者配套使用，比如网络提供者是 Linux Bridge，就需要使用 Linux Bridge的插件和代理，如换成 Open vSwitch，则需要改成相应的插件和代理。

三：neutron的物理部署

• Neutron与其他 OpenStack服务组件系统工作，可以部署在多个物理主机节点上，主要涉及控制节点、网络节点和计算节点，每个节点可以部署多个，典型的主机节点部署介绍如下。

3.1：控制节点和计算节点

• 控制节点上部署 Neutron- service（API）、 Core Plugin和 Service Plugin的代理，这些代理包括 neutron-plugin-agent、 neutron-medadata-agent、 neutron-dhcp-agnet、 neutro-l3- agent、neutron- lba as-agent等。 Core plugin和 service plugin已经集成到 neutron-server中，不需要运行独立的 plugin服务。
• 计算节点上可以部署 Core Plugin、 Linux Bridge或 Open vSwitch的代理，负责体提供二层的网络功能
• 控制节点和计算节点都需要部署 Cere Plugin的代理，因为控制节点与计算节点通过该代理才能建立二层连接。

3.2：控制节点和网络节点

• 可以通过增加网络节点承担更大的负载，该方案特别适合规模较大的 OpenStack环境
• 控制节点部署 Neutron-server服务，只负责通过 Neutron-server响应的API请求。
• 网络节点部署的服务包括 Core Plugin的代理和 service Plugin的代理。将所有的代理从上述控制节点分离出来，部署到独立的网络节点上，由独立的网络节点实现数据的交换，路由以及负责均衡等高级网络服务。