Quantum中的L3模型实战

 截止到OpenStack Folsom版，Quantum中的对象模型有以下几个：Network， Subnet， Port， Router， FloatingIP。前三个在我之前的博客已有所分析，今天来看下Router和FloatingIP。

以官方文档中给出的一个quantum部署示例为例：

这个图是用户视角的虚拟机网络部署。每个租户可以创建自己的router，并把自己的private network与router关联。同时，可以把router与一个external network关联，在这个external network上创建公网IP池（即创建subnet，subnet里的IP是公网IP）。更进一步，可以创建floatingIP并将其与虚拟机的port绑定，这样就可以从公网访问虚拟机。

下面使用quantum命令行来从无到有完成上述的网络模型。注意，实际执行命令时，将尖括号内的内容替换成实际内容，我都是以管理员角色执行的命令，实际执行时，可以根据需要在命令参数中添加--tenant-id。

1. 创建network
为租户A创建网络TenantA_PrivateNet：
quantum net-create --tenant-id <tenantA_ID> TenantA_PrivateNet --provider:network_type vlan --provider:physical_network physnet1 --provider:segmentation_id 1024
（我的ovs_quantum_plugin.ini中有如下配置：tenant_network_type=vlan；network_vlan_ranges = physnet1:1:4094）
为租户C创建网络TenantC_PrivateNet1和TenantC_PrivateNet2：
quantum net-create --tenant-id <tenantC_ID> TenantC_PrivateNet1 --provider:network_type vlan --provider:physical_network physnet1 --provider:segmentation_id 1025
quantum net-create --tenant-id <tenantC_ID> TenantC_PrivateNet2 --provider:network_type vlan --provider:physical_network physnet1 --provider:segmentation_id 1026
创建外部网络External_Net：
quantum net-create External_Net --router:external=True

2. 为网络添加subnet
在租户A的网络上添加subnet：
quantum subnet-create --tenant-id <tenantA_ID> TenantA_PrivateNet 10.0.0.0/24
在租户C的网络上分别添加subnet：
quantum subnet-create --tenant-id <tenantC_ID> TenantC_PrivateNet1 10.0.0.0/24
quantum subnet-create --tenant-id <tenantC_ID> TenantC_PrivateNet2 10.0.1.0/24
(注意设置配置项allow_overlapping_ips=true)
在外部网络添加subnet：
quantum subnet-create External_Net --gateway 30.0.0.1 30.0.0.0/22 --enable_dhcp=False

3. 指定网络创建虚拟机
虚拟机的创建不属于本篇范畴，略去。假设：
租户A在TenantA_PrivateNet网络上创建两个虚拟机A_VM1和A_VM2，这样，在Quantum上就对应的创建了两个port，A_Port1和A_Port2.
同样的，租户C创建虚拟机：C_VM1, C_VM2, C_VM3, C_VM4，对应的port：C_Port1, C_Port2, C_Port3, C_Port4

4. 创建router
为租户A创建路由RouterA：
quantum router-create --tenant-id <tenantA_ID> RouterA
为租户C创建路由RouterC：
quantum router-create --tenant-id <tenantC_ID> RouterC
router创建完后，其实什么也没做，只在数据库添加了一条记录。

5. 将租户A和C的router与外部网络关联
quantum router-gateway-set RouterA External_Net
quantum router-gateway-set RouterC External_Net
上述命令，其实是在External_Net上面创建了两个Port，port的属性中device_owner=network:router_gateway，device_id=router_id。在创建Port的同时，分别分配了公网IP（因为外部网络的子网是公网IP）。

6. 将租户A和C的虚拟机绑定到各自的router
quantum router-interface-add RouterA <A_Subnet_ID>
quantum router-interface-add RouterC <C_Subnet1_ID>
quantum router-interface-add RouterC <C_Subnet2_ID>
上述命令，其实是在各自subnet所对应的network内创建port，port的属性中device_owner=network:router_interface，device_id=router_id，fixed_ip={'ip_address': subnet['gateway_ip'], 'subnet_id': subnet['id']}
需要注意的是，在同一个Router内，IP地址是不能重复的。

7. 给虚拟机关联公网IP
首先创建四个floatingIP：
quantum floatingip-create External_Net
quantum floatingip-create External_Net
quantum floatingip-create External_Net
quantum floatingip-create External_Net
上述命令执行后，其实是在External_Net分配了四个port，port的属性中device_owner=network:floatingip
然后关联floatingIP和虚拟机port：
quantum floatingip-associate <floatingip1-ID> <A_Port1_ID>
quantum floatingip-associate <floatingip2-ID> <A_Port2_ID>
quantum floatingip-associate <floatingip3-ID> <C_Port1_ID>
quantum floatingip-associate <floatingip4-ID> <C_Port2_ID>

至此，完成了上述的网络模型。

当然，逻辑上的网络模型只是为了方便应用，其实并不能说明什么，底层的实现才是关键。Quantum的安装部署中，有一个l3 agent进程（可以是一个或多个），这个进程脚本其实就是个死循环，不停的调用QuantumAPI获取router和floatingIP的信息，然后通过底层的网络命令实现上层的模型（主要还是iptable命令）。这样，在大规模部署时，如果系统中存在多个router和floatingIP，将会对l3 agent造成较大的负载，虽然可以通过增加循环间隔的方式缓解，但这样又会造成信息的延迟生效。所以，需要寻求两外的方式来满足规模部署的需求。