OpenStackDVR原理深入分析-創(chuàng)新互聯(lián)

一、DVR實驗環(huán)境

一套vlan模式的openstack環(huán)境，interface_driver使用openvswitch，并在計算節(jié)點添加br-ex，用于計算節(jié)點虛擬機出外網(wǎng)。

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二、DVR配置

1、控制節(jié)點

a、編輯/etc/neutron/neutron.conf
[DEFAULT]
router_distributed = True

b、重啟neutron-server服務(wù)

2、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點

a、編輯/etc/neutron/l3_agent.ini
[DEFAULT]
agent_mode = dvr_snat

b、編輯
/etc/neutron/plugins/ml2/openvswitch_agent.ini
[agent]
enable_distributed_routing = True

c、重啟neutron-l3-agent和neutron-openvswitch-agent服務(wù)

3、計算節(jié)點

a、編輯/etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.conf.all.rp_filter = 0
net.ipv4.conf.default.rp_filter = 0

b、執(zhí)行命令sysctl –p

c、編輯/etc/neutron/l3_agent.ini
[DEFAULT]
interface_driver=neutron.agent.linux.interface.OVSInterfaceDriver
external_network_bridge =
agent_mode = dvr

d、編輯
/etc/neutron/plugins/ml2/openvswitch_agent.ini
[agent]
enable_distributed_routing = True

e、重啟neutron-l3-agent和neutron-openvswitch-agent服務(wù)

三、啟用dhcp實現(xiàn)metadata功能

1、默認情況下，metadata功能通過l3實現(xiàn)，在dvr模式下，如果使用l3實現(xiàn)的話，需要額外配置metadata agent，為了簡化，該實驗啟用dhcp agent來實現(xiàn)metadata功能。

a、在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上編輯/etc/neutron/dhcp_agent.ini
[DEFAULT]
force_metadata = True

b、重啟neutron-dhcp-agent服務(wù)。

四、DVR到網(wǎng)關(guān)流表分析

1、創(chuàng)建router，關(guān)聯(lián)到test1網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)關(guān)192.168.1.1），并在test1網(wǎng)絡(luò)內(nèi)創(chuàng)建instance（192.168.1.9），網(wǎng)絡(luò)模型如下：

執(zhí)行上述操作之后，neutron會在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和計算節(jié)點（有instance運行）上都創(chuàng)建一個router的namespace，且配置完全一樣。

也就是說，平臺中會出現(xiàn)多個相同的router namespace，那么neutron如何實現(xiàn)虛擬機到網(wǎng)關(guān)的流量只到本地的router namespace呢？答案是flow table

2、舉個例子：

a、在test1內(nèi)ping網(wǎng)關(guān)（192.168.1.1），虛擬機會先發(fā)送arp請求去學(xué)習(xí)網(wǎng)關(guān)的mac地址，arp報文會從qvo-xxx端口進入br-int的table0，匹配arp和in_port，根據(jù)流表項，resubmit到table24。

b、在table24中匹配arp、in_port和arp_spa，命中之后，resubmit到table25。

c、在table25中匹配in_port和dl_src，命中之后，resubmit到table60。

d、在table60中，命中table-miss flow entry，根據(jù)action執(zhí)行NORMAL。

e、網(wǎng)關(guān)地址是配置在router namespace中的qr-xxx上，而qr-xxx是br-int上的。

端口，所以qr-xxx會收到arp請求，并進行相應(yīng)，arp相應(yīng)報文會從qr-xxx端口再次進入br-int table0，命中table-miss flow entry，從而進行NORMAL轉(zhuǎn)發(fā)，將報文轉(zhuǎn)發(fā)給虛擬機的qvo-xxx。

f、虛擬機學(xué)到網(wǎng)關(guān)的mac地址之后，將icmp報文通過流表，轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)，ping流程完成。

3、現(xiàn)在分析neutron如何通過flow table 實現(xiàn)虛擬機到網(wǎng)關(guān)的流量只到本地的router namespace。

在上述的d步驟中，命中table-miss flow entry，根據(jù)action執(zhí)行NORMAL，報文可能通過正常轉(zhuǎn)發(fā)，到達br-vlan。

a、報文到達br-vlan后，會進入table=0，匹配in_port，命中后，resubmit到table1

b、在table1中，匹配dl_vlan、arp_tpa(arp報文)或者dl_dst，從而把到網(wǎng)關(guān)的報文，全部drop。

c、通過上述流表，保證到達網(wǎng)關(guān)的報文全部終結(jié)在宿主機本地。

五、虛擬機內(nèi)網(wǎng)通信分析

DVR模式下，虛擬機的內(nèi)網(wǎng)通信一般有四種場景：同網(wǎng)絡(luò)同宿主機，同網(wǎng)絡(luò)不同宿主機，不同網(wǎng)絡(luò)同宿主機，不同網(wǎng)絡(luò)不同宿主機，下面將對這四種場景逐一進行分析：

1、同網(wǎng)絡(luò)同宿主機，不需要通過router，實驗?zāi)Ｐ腿缦拢?/p>

test1和test2運行在同一臺宿主上，執(zhí)行test1 ping test2。

a、test1通過arp學(xué)習(xí)到test2的mac地址，流表匹配過程和步驟4（DVR到網(wǎng)關(guān)流表分析）中arp學(xué)習(xí)相同，然后封裝icmp報文，從qvo-xxx port進入br-int的table0，匹配in_port，命中后，resubmit到table25。

b、在table25中，匹配in_port和dl_src，命中后，resubmit到table60。

c、在table60，命中table-miss，執(zhí)行NORMAL轉(zhuǎn)發(fā)。

d、test2的qvo-yyy port也在br-int上，報文通過qvo-yyy發(fā)送到test2，test2回包給test流程和test1到test2相同。ping流程結(jié)束。

2、同網(wǎng)絡(luò)不同宿主機，不需要router，實驗?zāi)Ｐ腿缦拢?/p>

test1和test2運行在不同宿主上，執(zhí)行test1 ping test2。

此場景下，步驟a，b，c和同網(wǎng)絡(luò)同宿主機場景步驟完全相同，報文會在br-int的table60執(zhí)行NORMAL，此處不再贅述。

d、執(zhí)行NORMAL后，報文會從phy-br-vlan port進入br-vlan的table0，匹配in_port，命中后，resubmit到table1。

e、在table1中，命中table-miss，resubmit table2。

f、在table2中，匹配in_port和dl_vlan，命中后，修改local vlan 1為全局vlan 196，然后執(zhí)行NORMAL，此時報文會離開宿主機，從業(yè)務(wù)口發(fā)出去。

g、報文會被送到運行test2的宿主機業(yè)務(wù)口，然后進入br-vlan的table0，命中后，resubmit到table3。

h、在table3中，命中后，執(zhí)行NORMAL，報文被送到br-int。

i、在br-int的table0中，匹配in_port和dl_vlan，命中后，修改全局vlan 196 為local vlan 1，然后執(zhí)行NORMAL，報文會從qvo-yyy進入虛擬機test2。

j、test2回包和test1發(fā)包過程相同，至此，ping操作完成。

3、不同網(wǎng)絡(luò)同宿主機，需要router，實驗?zāi)Ｐ腿缦拢?/p>

創(chuàng)建router分別連接兩個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)上個各創(chuàng)建一臺instance，執(zhí)行上述操作之后，neutron會在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和計算節(jié)點（有instance運行）上都創(chuàng)建一個router的namespace，且配置完全一樣，qr-設(shè)備會被配置上對應(yīng)網(wǎng)關(guān)ip地址。

test1和test2運行在同宿主上，執(zhí)行test1 ping test2。

a、test1 通過計算知道要到達test2需要走三層，它會先發(fā)arp請求，學(xué)習(xí)網(wǎng)關(guān)的mac地址，然后封裝icmp報文（目的ip是test2的ip，目的mac是網(wǎng)關(guān)的mac地址），通過默認路由，將報文送到本地的router namespace。
（學(xué)習(xí)網(wǎng)關(guān)過程中匹配流表的過程請參考 <4、DVR到網(wǎng)關(guān)流表分析>章節(jié)）。

b、報文從qr-test1進入router的PREROUTING鏈，然后查找到test2的路由，命中之后，進入POSTROUTING鏈，并從qr-test2重新進入br-int的table0。

c、在table0中，命中table-miss，resubmit到table60。

d、在table60中，命中后，執(zhí)行NORMAL，將報文從qvo-xxx送到test2。

e、test2回包的過程和test1發(fā)包過程相同，至此，ping操作完成。

4、不同網(wǎng)絡(luò)不同宿主機，需要router，實驗?zāi)Ｐ腿缦拢?/p>

test1和test2運行在不同宿主上，執(zhí)行test1 ping test2。

此場景下，步驟a，b，c和不同網(wǎng)絡(luò)同宿主機場景步驟完全相同，
報文從qr-test2出來之后，在br-int的table60執(zhí)行NORMAL，此處不再贅述。

d、在c中執(zhí)行NORMAL之后，報文通過int-br-vlan port進入br-vlan的table0。

e、在table0中，匹配in_port，命中之后，resubmit到table1。

f、在table1中，匹配dl_vlan和dl_src，命中之后，修改源mac地址為neutron分配給宿主機mac，resubmit到table2。

注：開啟DVR之后，neutron會給每個compute節(jié)點分配一個唯一的mac地址，避免物理交換機出現(xiàn)mac地址沖突的問題。

g、在table2中，匹配in_port和dl_vlan，命中之后，修改local vlan 2為全局
vlan 148，執(zhí)行NORMAL，此時報文會從業(yè)務(wù)口eth2離開宿主機。

h、報文會進入運行test2的宿主機的業(yè)務(wù)口eth2進入br-vlan的table0。

i、在table0中，命中之后，resubmit到table3。

j、在table3中，匹配dl_src（neutron分配給宿主機的mac），將報文從phy-br-vlan送出給br-int table0。

k、在br-int的table0中，匹配in_port和dl_src（neturon分配給宿主機的mac），resubmit給table2。

l、在table2中，匹配dl_vlan和dl_dst，修改源mac為test2網(wǎng)關(guān)的mac，resubmit到table60。

m、在table60中，匹配dl_vlan和dl_dst ，剝?nèi)lan，通過output將報文直接送到test2。

n、test2回包的過程和test1發(fā)包過程相同，至此，ping操作完成。

六、虛擬機出外網(wǎng)原理分析

1、創(chuàng)建一個router，并綁定內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)test1，設(shè)置路由器的網(wǎng)關(guān)外網(wǎng)為external，在內(nèi)網(wǎng)，外網(wǎng)上各創(chuàng)建一臺虛擬機，用于測試，實驗?zāi)Ｐ腿缦拢?/p>

執(zhí)行上述操作之后，neutron會在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點創(chuàng)建三個namespace：qrouter-xxx、fip-yyy、snat-xxx。

計算節(jié)點（instance運行）創(chuàng)建qrouter-xxx、fip-yyy。

ps：各節(jié)點的namespace會在接下來的分析中說明其作用。

2、虛擬機test1的報文被送到本宿主機router namespace的qr-xxx設(shè)備上（上述已經(jīng)說明，此處不再贅述），進入PREROUTING鏈（未命中，不做任何修改），查看策略路由，使用默認路由準備進行轉(zhuǎn)發(fā)，然后進入POSTROUTING鏈（未命中），報文從qr-xxx發(fā)出，送往192.168.1.11進行處理（流表全部命中NORMAL）。

3、可能有人會有疑問，這里的192.168.1.11是啥？

事實上這個ip地址是neutron分配給snap-yyy namespace的一個ip，被配置在sg-zzz上，snap-yyy namespace在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，neutron通過策略路由和sg-zzz port將計算節(jié)點router namespace中的報文，轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的snat-yyy中。

4、此時報文到達網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的snat-yyy namespace中的sg-zzz port上，在路由之前報文會進入PREROUTING鏈（未命中），然后查找路由。

隨后進入POSTROUTING鏈，進行snat，并做連接跟蹤，之后報文進行轉(zhuǎn)發(fā)。

5、經(jīng)過上述操作，虛擬機通過snat-yyy中的qg-設(shè)備出外網(wǎng)，通過連接跟蹤返回(流表命中NORMAL)。

七、Floating ip原理分析

1、在章節(jié)6的基礎(chǔ)上，從外網(wǎng)分配一個floating ip（10.100.0.7），并關(guān)聯(lián)到虛擬機test1（192.168.1.9）上，并需要自行配置br-ex，用于虛擬機出外網(wǎng)，實驗?zāi)Ｐ腿缦拢?/p>

執(zhí)行上述操作之后，neutron會在對應(yīng)的namespace里面添加若干策略，下面的分析中會逐一說明：

1、虛擬機test1的報文被送到本宿主機router namespace的qr-xxx設(shè)備上（上述已經(jīng)說明，此處不再贅述），進入PREROUTING鏈（未命中，不做任何修改），查看策略路由。

通過策略路由，將報文通過rfp-6347c62b-2轉(zhuǎn)發(fā)給169.254.109.47處理，隨后進入POSTROUTING鏈，做snat修改。

2、到這里，大家可能會有一個疑問，這個rfp-6347c62b-2設(shè)備是啥？
事實上這個是veth pair的一端，它的另一端在fip-xxx namespace里面

neutron 使用這對veth pair，將報文從router的namespace里面，通過策略路由，轉(zhuǎn)發(fā)到fip-yyy的namespace里。

3、至此，報文到達fip-yyy namespace，進入PREROUTING鏈（未命中），查看路由。

再進入POSTROUTING鏈（未命中），從而將報文從fg-7ec56cee-b5設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)到外網(wǎng)。

4、至此，報文順利從fg port發(fā)送到外網(wǎng)（流表命中NORMAL）。

5、現(xiàn)在開始分析外網(wǎng)設(shè)備通過floating ip進入虛擬機的情況。

假設(shè)存在一臺外網(wǎng)設(shè)備external（10.100.0.14）去ping floating ip（10.100.0.7），外網(wǎng)設(shè)備首先會通過arp學(xué)習(xí)10.100.0.7的mac地址，而上述描述中，neutron并沒有配置10.100.0.7的ip地址在任何設(shè)備上，也就是說，10.100.0.7并不存在，那報文是如何準確的送到fg口的呢？

事實上，neutron在fg port上開啟了arp_haproxy功能，相當(dāng)于進行了arp欺騙，這樣，外網(wǎng)設(shè)備就將fg的mac地址學(xué)習(xí)成10.100.0.7的mac，并更新到自己的mac表中。

6、外網(wǎng)報文到達fg口之后，進入PREROUTING鏈（未命中），查看route表，準備將目的ip為floating ip的報文從fpr-6347c62b-2發(fā)送169.254.109.46。

隨后進入POSTROUTING鏈（未命中），報文轉(zhuǎn)發(fā)到router的namespace中。

7、報文到達router的namespace中的rfp-6347c62b-2設(shè)備，進入PREROUTING鏈，進行dnat操作。將目的ip從floating ip轉(zhuǎn)換成內(nèi)部fix ip（192.168.1.9）

隨后查看route，準備將報文從qr-xxx port轉(zhuǎn)發(fā)。

然后進入POSTROUTING鏈（未命中），將報文從qr- port轉(zhuǎn)發(fā)到虛擬機test1。

8、至此，實現(xiàn)外網(wǎng)設(shè)備到內(nèi)部ip的轉(zhuǎn)發(fā)完成。

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本文名稱：OpenStackDVR原理深入分析-創(chuàng)新互聯(lián)
文章位置：http://muchs.cn/article0/djicio.html

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