Open vSwitch + VLAN 组网

一 VLAN基础

1 VLAN 的含义

LAN 表示 Local Area Network，本地局域网，通常使用 Hub 和 Switch 来连接LAN 中的计算机。一般来说，当你将两台计算机连入同一个 Hub 或者 Switch 时，它们就在同一个 LAN 中。同样地，你连接两个 Switch 的话，它们也在一个 LAN 中。一个 LAN 表示一个广播域，它的意思是，LAN 中的所有成员都会收到 LAN 中一个成员发出的广播包。可见，LAN 的边界在路由器或者类似的3层设备。

VLAN 表示 Virutal LAN。一个带有 VLAN 功能的switch 能够同时处于多个 LAN 中。最简单地说，VLAN 是一种将一个交换机分成多个交换机的一种方法。比方说，你有两组机器，group A 和 B，你想配置成组 A 中的机器可以相互访问，B 中的机器也可以相互访问，但是A组中的机器不能访问B组中的机器。你可以使用两个交换机，两个组分别接到一个交换机。如果你只有一个交换机，你可以使用 VLAN 达到同样的效果。你在交换机上分配配置连接组A和B的机器的端口为 VLAN access ports。这个交换机就会只在同一个 VLAN 的端口之间转发包。

IEEE 802.1Q 标准定义了 VLAN Header 的格式。它在普通以太网帧结构的 SA （src addr）之后加入了 4bytes 的 VLAN Tag/Header 数据，其中包括 12-bits 的 VLAN ID。VLAN ID 最大值为4096，但是有效值范围是 1 - 4094。

带 VLAN 的交换机的端口分为两类：

Access port：这些端口被打上了 VLAN Tag。离开交换机的 Access port 进入计算机的以太帧中没有 VLAN Tag，这意味着连接到 access ports 的机器不会觉察到 VLAN 的存在。离开计算机进入这些端口的数据帧被打上了 VLAN Tag。

Trunk port： 有多个交换机时，组A中的部分机器连接到 switch 1，另一部分机器连接到 switch 2。要使得这些机器能够相互访问，你需要连接两台交换机。 要避免使用一根电缆连接每个 VLAN 的两个端口，我们可以在每个交换机上配置一个 VLAN trunk port。Trunk port 发出和收到的数据包都带有 VLAN header，该 header 表明了该数据包属于那个 VLAN。因此，只需要分别连接两个交换机的一个 trunk port 就可以转发所有的数据包了。通常来讲，只使用 trunk port 连接两个交换机，而不是用来连接机器和交换机，因为机器不想看到它们收到的数据包带有 VLAN Header。

2 VLAN的类型

2.1 基于端口的 VLAN （untagged VLAN - 端口属于一个VLAN，数据帧中没有VLAN tag）

这种模式中，在交换机上创建若干个VLAN，在将若干端口放在每个VLAN 中。每个端口在某一时刻只能属于一个VLAN。一个 VLAN 可以包含所有端口，或者部分端口。每个端口有个PVID （port VLAN identifier)。这种模式下，一个端口上收到的 frame 是 untagged frame，因此它不包含任何有关 VLAN 的信息。VLAN 的关系只能从端口的 PVID 上看出来。交换机在转发 frame 时，只将它转发到相同 PVID 的端口。

如上图所示，连接两个交换机的同一个 VLAN 中的两个计算机需要通信的话，需要在两个交换机之间连两根线：

一根从 Switch A 端口4 到 Switch B 端口 4 （VLAN 1）

一根从 Switch A 端口8 到 Switch B 端口 8 （VLAN 2）

2.2 Tagged VLANs （数据帧中带有 VLAN tag）

这种模式下，frame 的VLAN 关系是它自己携带的信息中保存的，这种信息叫 a tag or tagged header。当交换机收到一个带 VLAN tag 的帧，它只将它转发给具有同样 VID 的端口。一个能够接收或者转发 tagged frame 的端口被称为 a tagged port。所有连接到这种端口的网络设备必须是 802.1Q 协议兼容的。这种设备必须能处理 tagged frame，以及添加 tag 到其转发的 frame。

上图中，两个交换机上的端口8 支持 VLAN 1 和 2， 因此一根线就可以了实现跨交换机的同VLAN 内的计算机互相通信了。

2.3 交换机端口类型

以太网端口有三种链路类型：Access、Hybrid和Trunk。

Access类型的端口只能属于1个VLAN，一般用于连接计算机的端口

Trunk类型的端口可以属于多个VLAN，可以接收和发送多个VLAN的报文，一般用于交换机之间连接的端口

Hybrid类型的端口可以属于多个VLAN，可以接收和发送多个VLAN的报文，可以用于交换机之间连接，也可以用于连接用户的计算机。Hybrid端口和Trunk端口的不同之处在于Hybrid端口可以允许多个VLAN的报文发送时不打标签，而Trunk端口只允许缺省VLAN的报文发送时不打标签。

二 二层交换机最基本的功能

1 MAC地址学习：当交换机从它的某个端口收到数据帧时，它将端口的 ID 和帧的源 MAC 地址保存到它的内部MAC表中。这样，当将来它收到一个要转发到该 MAC 地址的帧时，它就知道直接从该端口转发出去了。

2 数据帧转发：交换机在将从某个端口收到数据帧，再将其从某个端口转发出去之前，它会做一些逻辑判断：

如果帧的目的 MAC 地址是广播或者多播地址的话，将其从交换机的所有端口（除了传入端口）上转发。

如果帧的目的MAC地址在它的内部MAC表中能找到对应的输出端口的话（MAC 地址学习过程中保存的），将其从该端口上转发出去。

对其它情况，将其从交换机的所有端口（除了传入端口）上转发。

3 加 VLAN 标签/去 VLAN 标签

帧接收：从 trunk port 上收到的数据帧必须是加了标签的。从 access port 上收到的数据帧必须是没有加标签的，否则该帧将会被抛弃。

帧处理：根据上述转发流程决定其发出的端口。

帧发出：从 trunk port 发出的帧是加了标签的。从 access port 上发出的帧必须是没加标签的。

3.1 PC A 发一个帧到交换机的 1 端口，其目的MAC地址为 PC B 的 MAC。

3.2 交换机比较其目的 MAC 地址和它的内部 MAC Table，发现它不存在（此时表为空）。在决定泛洪之前，它把端口 1 和 PC A 的 MAC 地址存进它的 MAC Table。

3.3 交换机将帧拷贝多份，分别从2和3端口发出。

3.4 PC B 收到该帧以后，发现其目的 MAC 地址和他自己的 MAC 地址相同。它发出一个回复帧进入端口3。

3.5 交换机将 PC B 的 MAC地址和端口3 存在它的 MAC 表中。

3.6 因为该帧的目的地址为PC A 的 MAC 地址它已经在 MAC 表中，交换机直接将它转发到端口1，达到PC A。

配置了 VLAN 的交换机的该机制类似，只不过：

（1）MAC 表格中每一行有不同的 VLAN ID。做比较的时候，拿传入帧的目的 MAC 地址和 VLAN ID 和此表中的行数据相比较。如果都相同，则选择其 Ports 作为转发出口端口。

（2）如果没有吻合的表项，则将此帧从所有有同样 VLAN ID 的 Access ports 和 Trunk ports 转发出去。

三 Neutron 虚拟网络

1 一个计算节点上的网络实例

它反映的网络配置如下：

(1) Neutron 使用 Open vSiwtch。

(2) 一台物理服务器，网卡 eth1 接入物理交换机，预先配置了网桥 br-eth1。

(3) 创建了两个 neutron VLAN network，分别使用 VLAN ID 101 和 102。

(4) 该服务器上运行三个虚机，虚机1 和 2 分别有一个网卡接入 network 1；虚机2 和 3 分别有一个网卡接入 network 2.

Neutron 在该计算节点上做的事情：

(1) 创建了 OVS Integration bridge br-int。它的四个 Access 端口中，两个打上了内部 Tag 1，连接接入 network 1 的两个网卡；另两个端口的 VLAN Tag 为 2。

(2) 创建了一对 patch port，连接 br-int 和 br-eth1。

(3) 设置 br-int 中的 flow rules。对从 access ports 进入的数据帧，加上相应的 VLAN Tag，转发到 patch port；从 patch port 进入的数据帧，将 VLAN ID 101 修改为 1, 102 修改为 2，再转发到相应的 Access ports。

(4) 设置 br-eth1 中的 flow rules。从 patch port 进入的数据帧，将内部 VLAN ID 1 修改为 101，内部 VLAN ID 2 修改为 102，再从 eth1 端口发出。

2 连接到同一物理交换机的网络节点的情况

3 网络流向

3.1 不同物理服务器上的虚机，如果 VM1 和 VM2 属于同一个 tenant network 的同一个subnet，那么两者的通信直接经过 物理交换机 进行，不需要做到网络节点。

3.2 相同物理服务器上的虚机，如果 VM1 和 VM2 属于同一个 tenant network 的同一个subnet，那么两者的通信直接经过 br-int 进行。

3.3 对其他虚机之间数据交换情形，都算作跨子网的数据流向，都需要经过网络节点中的 Router 进行 IP 包的路由。（也可以直接使用连接物理交换机的物理路由器）。

四 参考

https://www.cnblogs.com/sammyliu/p/4626419.html