Openstack平台neutron模块之网络基础概念

因为项目需要，最近开始学习openstack，主要负责其中的网络模块–neutron，接下来会写几篇文章来记录在学习过程中的收获。所以这里第一篇就先介绍一下neutron中所涉及到的一些基本的网络概念。

一，组网技术
1，Flat（DHCP）技术：openstack中最简单的网络模型，所有的虚拟机共用一个私有IP段，相当于大家都处于一个局域网中，IP地址在虚拟机启动时完成注入。Flat DHCP组网模式与Flat的区别就在于其开启了DHCP功能，虚拟机通过DHCP消息获得IP地址（DHCP Agent）。

2，VLAN技术：VLAN是一种将局域网（LAN）设备从逻辑上划分（注意，不是从物理上划分）成一个个网段（或者说是更小的局域网LAN），从而实现虚拟工作组（单元）的数据交换技术。VLAN技术的好处主要有三个：
(1)端口的分隔。即便在同一个交换机上，处于不同VLAN的端口也是不能通信的。这样一个物理的交换机可以当作多个逻辑的交换机使用。
(2)网络的安全。不同VLAN不能直接通信，杜绝了广播信息的不安全性。
(3)灵活的管理。更改用户所属的网络不必换端口和连线，只更改软件配置就可以了。

在openstack中使用VLAN技术引入了多租户机制，虚拟机可以使用不同的私有IP段，并且一个租户可以拥有多个IP段，以实现不同租户的网络隔离。但是，如果不同租户逻辑上共用一个网关，则无法实现租户间IP地址的复用。

3，overlay（GRE和VXLAN）技术： 通过隧道的方式建立通信。其中VXLAN将虚拟机发出的数据包封装在UDP中，并使用物理网络的IP/MAC作为outer-header进行封装，然后在物理IP网上传输，到达目的地后由隧道终结点解封并将数据发送给目标虚拟机。GRE是在L3上面包装L3，封装在IP报文中，建立点对点隧道进行通信。相对VLAN而言，引入overlay模型主要解决了以下问题：
1）租户数量从4K增加到16million；
2）租户内部通信可以跨越任意IP网络，支持虚拟机任意迁移；
3）一般来说每个租户逻辑上都有一个网关实例，IP地址可以在租户间进行复用；
4）能够结合SDN技术对流量进行优化。

二、网络模型
1，单一平面网络模型，这种网络模型主要存在以下缺陷：
存在单一网络瓶颈，缺乏可伸缩性；缺乏合适的多租户隔离；不支持floating ip；

2，多平面网络模型，支持VLAN，不支持floatingip；

3，混合平面私有网络，具有两个ip，支持floating ip；

4，通过私有网络实现运营商路由功能，增加了provider router，但是租户没办法定义自己的路由；

5，通过私有网络实现每个租户创建自己专属的网络区段，租户定义自己的网络，sdn网络比较灵活；

可以看出neutron模块中的网络模型变得越来越复杂，越来越适应用户的需求。

三、核心资源
Neutron管理的实体核心资源主要包括网络、子网、端口：
1，网络：隔离的L2域，可以是虚拟、逻辑或交换，同一个网络中的主机彼此L2可见。一般是创建它的用户所有。用户可以拥有多个网络。网络是最基础的，子网和端口都需要关联到网络上。
2，子网：隔离的L3域，IP地址块。其中每个机器有一个IP，同一个子网的主机彼此L3可见。子网代表了一组分配了IP的虚拟机。每个子网必须有一个CIDR和关联到一个网络IP可以从CIDR或者用户指定池中选取。子网可能会有一个网关、一组DNS和主机路由。不同子网之间L2是互相不可见的，必须通过一个三层网关（即路由器）经过L3上进行通信。
3，端口：网络上虚拟、逻辑或交换端口。 所有这些实体都是虚拟的，拥有自动生成的唯一标示id，支持CRUD功能，并在数据库中跟踪记录状态。可以进出流量的接口，往往绑定上若干 MAC 地址和 IP 地址，以进行寻址。一般为虚拟交换机上的虚拟接口。虚拟机挂载网卡到端口上，通过端口访问网络。当端口有 IP 的时候，意味着它属于某个子网。

四、三个网络
1，External Network/API Network，这个网络是连接外网的，无论是用户调用Openstack的API，还是创建出来的虚拟机要访问外网，或者外网要ssh到虚拟机，都需要通过这个网络；
2，Data Network，数据网络，虚拟机之间的数据传输通过这个网络来进行，比如一个虚拟机要连接另一个虚拟机，虚拟机要连接虚拟的路由都是通过这个网络来进行；
3，Management Network，管理网络，Openstack各个模块之间的交互，连接数据库，连接Message Queue都是通过这个网络来；