Neutron dhcp实现

概述

Neutron dhcp实现了为虚机提供动态分配IP的服务，dhcp功能由neutron-server和dhcp-agent配合实现。其中server负责接收请求并向agent发送网络、子网、端口等数据；agent接收数据，创建、配置dhcp实例。社区的dhcp功能由dnsmasq软件实现，即由该软件充当dhcp server。

常用dhcp相关的配置

表1 neutron-server所使用的dhcp配置（/etc/neutron/neutron.conf）

配置项	用途	默认值
dhcp_lease_duration	IP租期，-1为IP永久有效	86400 （24小时）
dhcp_agent_notification	是否向dhcp-agent发送消息	true
network_scheduler_driver	Dhcp-agent的调度算法	neutron.scheduler.dhcp_agent_scheduler.ChanceScheduler
dhcp_load_type	调度dhcp-agent时的依据，一般使用WeightScheduler算法时使用的配置	networks（number of networks hosted on the agent）
allow_automatic_dhcp_failover	Dhcp down时，网络时候重新调度	true
dhcp_agents_per_network	为网络提供dhcp服务的dhcp-agent数量，通过冗余的方式，为一个网络提供多个dhcp namespace	1

表2 dhcp-agent使用的配置（/etc/neutron/ dhcp_agent.ini）

配置项	用途	默认值
dhcp_driver	底层实现dhcp功能所用的驱动	neutron.agent.linux.dhcp.Dnsmasq
interface_driver	为dhcp提供二层接口的驱动	neutron.agent.linux.interface.BridgeInterfaceDriver

创建子网和dhcp调度

在创建子网的时候，用户通过选择dhcp功能，来决定是否为网络创建dhcp-server。

图1 创建带dhcp功能的子网

图2展示了在Neutron-server中涉及创建子网、dhcp功能的类，主要有Controller类和Ml2plugin类。其中Controller类中包含了一个_plugin类，该类是Ml2plugin。Controller主要执行用户发送的rest请求，对于创建二层资源的操作，一般会调用Ml2plugin的create_RESOURCE方法（RESOURCE有network、subnet、port等）。对于创建子网的请求，最终会调用ml2plugin的create_subnet函数。

图2 neutron-server中与dhcp功能有关的类

如图3展示了创建子网的流程，主要包括controller接受rest请求并调用ml2plugin的具体函数；ml2plugin对象操作数据库，创建相关资源的数据；选择一定数量的dhcp-agent，向它们发送subnet_create_end消息。

图3 创建子网的过程

实现dhcp功能的时候，还涉及到dhcp-agent的调度问题，这是因为在一套openstack系统中，为了保证dhcp功能的可靠，需要部署多个dhcp-agent。Ml2plugin根据配置的dhcp_agents_per_network值和实际可用的dhcp-agents数量（数据库中active的agent个数），确定能够实现dhcp功能的agent个数（Min(dhcp_agents_per_network,active agents)），然后使用调度算法，决定最终在哪些dhcp agent启动dhcp实例。常用的调度算法有：

ChanceScheduler：随机选择可用的agents。

WeightScheduler：选择负载最少的agents。

 

Dhcp-agent创建Dhcp namespace的创建流程

Dhcp-agent接受到subnet_create_end消息，首先会向neutron-server请求子网所属网络的信息，然后创建qdhcp namespace并启动dnsmasq进程。图4展示了这一过程中涉及到的类，图5展示了这一过程的主要调用流程。

图4 dhcp-agent类结构

图5 dhcp-agent创建dnsmasq的流程

Dhcp-agent根据dhcp_driver配置，加载实现dhcp-server功能的驱动；根据interface_driver的配置，加载为dhcp提供二层服务的驱动，这里我们使用ovsinterfacedriver，它会执行ovs命令，配置dhcp namespace的tap端口。

底层的dhcp实现

neutron的dhcp功能借助于dnsmasq软件和networknamespace技术。

Dnsmasq是一个开源的轻量级DNS和DHCP服务器，针对小型局域网设计，资源占用低，易于配置。

Network namespace主要实现了网络资源的隔离，网络资源包括网络设备、IPv4和IPv6协议栈、IP路由表、防火墙、socket等。给一个或多个进程私有的网络资源。

使用namespace实现dhcp的原因是，使一个dnsmasq进程独立的为一个租户网络提供dhcp服务。

Dhcp-agent收到neutron-server的消息后，会构建一个名为qdhcp-networkid的namespace，并使用veth pair将其和ovs br-int网桥相连。图6展示了一个dhcpnamespace。

图6 dhcp namespace

最后在namespace中启动一个dnsmasq程序：

ip netns exec qdhcp-3d722176-f319-4afe-b26b-025fead744a1dnsmqsqdnsmasq --no-hosts --no-resolv --strict-order --bind-interfaces--interface=tap523e7156-00 --except-interface=lo--pid-file=/var/lib/neutron/dhcp/3d722176-f319-4afe-b26b-025fead744a1/pid --dhcp-hostsfile=/var/lib/neutron/dhcp/3d722176-f319-4afe-b26b-025fead744a1/host--addn-hosts=/var/lib/neutron/dhcp/3d722176-f319-4afe-b26b-025fead744a1/addn_hosts--dhcp-optsfile=/var/lib/neutron/dhcp/3d722176-f319-4afe-b26b-025fead744a1/opts--dhcp-leasefile=/var/lib/neutron/dhcp/3d722176-f319-4afe-b26b-025fead744a1/leases--dhcp-range=set:tag1,10.190.91.0,static,infinite --dhcp-lease-max=256--conf-file=/etc/neutron/dnsmasq-neutron.conf

其中bind-interfaces指dnsmasq进程监听的端口，进程可以通过该端口接受和发送dhcp报文。host文件包含了虚机的ip和mac对应信息，为虚机dhcp请求提供了依据。图7展示了一个host文件的内容。

图7 dnsmasq host文件

图8展示了一个dnsmasq进程。

图8 dnsmasq进程

当新建port时，dhcp-agent会在相应的dnsmasq host文件中增加一条记录，并给dnsmasq进程发送一个HUP信号，dnsmasq会重新读取host文件。当VM发出DHCP-request后，dnsmasq根据host文件的内容为VM分配IP地址。