Neutron 架构

概述

参考：

• 官方文档：https://docs.openstack.org/neutron/latest/admin/intro-os-networking.html

• Neutron Server
  • 接收请求。对外提供 OpenStack 网络 API，接收请求，并调用 Plugin 处理请求。
• Plugins 插件/Agent 代理
  • 实现请求。
  • 实现 OpenStack 网络的主要组件。用来创建各种网络设备和配置规则
  • Plugins 用来处理 Neutron Server 发来的请求，维护 OpenStack 逻辑网络状态， 并调用 Agent 处理请求。
  • Agent 用来处理对应 Plugin 的请求，并在宿主机上创建相应的网络设备以及生成网络规则。
  • Plugins 与 Agent 一般都是配套使用。比如 OVS Plugin 需要 OVS Agent。
• Queue 队列
  • 组件间通信。Neutron Server，Plugin 和 Agent 之间通过 Messaging Queue 通信和调用。
• Database 数据库
  • 保存网络状态。接收 Plugins 的信息，保存 OpenStack 的网络状态信息，包括 Network, Subnet, Port, Router 等。

额外说明：

• plugin 解决的是 What 的问题，即网络要配置成什么样子？而至于如何配置 How 的工作则交由 agent 完成。
• plugin 的一个主要的职责是在数据库中维护 Neutron 网络的状态信息，这就造成一个问题：所有 network provider 的 plugin 都要编写一套非常类似的数据库访问代码。为了解决这个问题，Neutron 在 H 版本实现了一个 ML2（Modular Layer 2）plugin，对 plugin 的功能进行抽象和封装。有了 ML2 plugin，各种 network provider 无需开发自己的 plugin，只需要针对 ML2 开发相应的 driver 就可以了，工作量和难度都大大减少。

Neutron Server

Neutron Server 提供了一个公开 Neutron API 的 Web 服务器，并将所有 Web 服务调用传递给 Neutron 插件进行处理。

Plugins 插件

plugin 按照功能分为两类：core plugin 和 service plugin。core plugin 维护 Neutron 的 netowrk, subnet 和 port 相关资源的信息，与 core plugin 对应的 agent 包括 linux bridge, OVS 等；service plugin 提供 routing, firewall，load balance 等服务，也有相应的 agent。

Core Plugins 核心插件

官方文档：https://docs.openstack.org/neutron/latest/admin/config-ml2.html

ML2(Modular Layer 2) 是 Neutron 的一个 Core Plugin(核心插件)，该插件提供了一个框架，可也可以称为 ML2 Framework(ML2 框架)。

ML2 框架允许在 OpenStack 网络中可以使用多种 Layer 2(二层) 网络技术(只需要更改配置文件即可)，不同的节点可以使用不同的网络实现机制。这就好像是一种规范，只要符合 ML2 规范，都可以作为插件，接入到 Openstack 中，提供网络服务。跟 K8S 的 CNI 有异曲同工之妙。

ML2 对 二层网络 进行抽象，引入了 type driver 和 mechansim driver 这两个概念。

• Type Drivers # OpenStack 网络类型驱动。定义底层如何实现 OpenStack 网络。比如 VXLAN、Flat 等
  • 就是 OpenStack 的 Nework Type，详见：OpenStack Networking 介绍 中的基本概念。不同类型的驱动用来维护该类型的网络。
• Mechanism Drivers # OpenStack 网络机制驱动。定义访问某种 OpenStack 网络类型的机制。比如 Open vSwitch、Linux Bridge 等。
  • 就是 Plugins 本身，不同机制的插件，可以管理的 OpenStack Nework Type 不同。详情见下：
    • Open vSwitch 支持：Flat、VLAN、VXLAN、GRE
    • Linux Bridge 支持：Flat、VLAN、VXLAN
    • SRIOV 支持：Flat、VLAN
    • MacVTap 支持：Flat、VLAN
    • L2 Population 支持：VXLAN、GRE
  • Mechanism Drivers 可以利用 L2 Agent(通过 RPC 调用)与设备或控制器进行交互，也可以直接与设备或控制器进行交互。

只要实现了上述两个概念的插件，皆可接入 ML2，为 OpenStack 提供网络服务。

Network Type Drivers

在 ML2 插件中启用指定的 Type Drivers。编辑 /etc/neutron/plugins/ml2/ml2_conf.ini 文件，示例：

[ml2]type_drivers = flat,vlan,vxlan

更多配置信息参考 Networking configuration options

可以使用以下类型的网络驱动

• local # 本地网络。无法与宿主机外部胡同
• Flat # 平面网络。无法为网络添加 vlan 标签
• VLAN # VLAN 网络。可以为网络中任何一个端口添加 vlan 标签
• GRE
• VXLAN
• geneve

注意：Provider Network 与 Project Network 可用的 Type Drivers 是不同的，在 Project Network 中是无法使用 flat 这个 Type Driver，因为 flat 类型的网络与物理网卡一一对应

Mechanism Drivers

要在 ML2 插件中启用 Mechanism Drivers，在 neutron 服务器上编辑 /etc/neutron/plugins/ml2/ml2_conf.ini 文件，示例：

[ml2]mechanism_drivers = linuxbridge

可以使用以下机制的网络驱动，更多配置参考： Configuration Reference.

• Linux Bridge
  • 这个 Mechanism Driver 不需要其他配置。但是需要代理配置。有关详细信息，请参阅下面的 L2 Agent 相关部分。
• Open vSwitch
  • 这个 Mechanism Driver 不需要其他配置。但是需要代理配置。有关详细信息，请参阅下面的 L2 Agent 相关部分。
• SRIOV
  • SRIOV 驱动程序接受所有 PCI 供应商设备。
• MacVTap
  • 这个 Mechanism Driver 不需要其他配置。但是需要代理配置。请参阅相关部分。
• L2 population
  • 管理员可以配置一些可选的配置选项。有关更多详细信息，请参阅《配置参考》中的相关部分。
• Specialized
  • 开源的
    • 存在外部开源机制驱动程序以及中子集成参考实现。这些驱动程序的配置不是本文档的一部分。例如：
    • OpenDaylight
    • OpenContrail
  • 专有（供应商）
• 存在来自各种供应商的外部机制驱动程序以及中子集成参考实现。

Service Plugins 服务插件

Core Plugin/Agent 负责管理核心实体：net, subnet 和 port。而对于更高级的网络服务，则由 Service Plugin 管理。

Service Plugin 及其 Agent 提供更丰富的扩展功能，包括 Virtual Routers(虚拟路由)，load balance，firewall 等

Agent

官方文档：https://docs.openstack.org/neutron/latest/admin/config-ml2.html#agents

Agent 用来处理对应 Plugin 的请求，并在宿主机上创建相应的网络设备以及生成网络规则。提供与 instances 的 2 层和 3 层 连接。处理物理网络—虚拟网络的过渡。处理元数据。等等。

每种 Plugins 都有其对应的 Agent 来处理请求。

在 /etc/neutron/plugins/ml2/ml2_conf.ini 配置文件中配置了指定的 mechanism driver 后。启动 Neutron 服务，则所有节点上都会运行配置中指定 driver 的对应 Agent

比如我指定 mechanism driver 为 linuxbridge

那么就会启动一个 linuxbridge 的 agent 进程。

下面是各种类型的 Agent 的介绍

• L2 Agent
  • L2 Agent 提供 2 层网络。可用的 L2 Agent 有 Linux Bridge、OVS 等。
• L3 Agent
  • L3 Agent 提供高级的三层网络功能，比如 Virtual Routers(虚拟路由)、Floating IPs(弹性 IP)等等。L3 Agent 依赖并行运行的 L2 Agent。
  • L3 agent 需要正确配置才能工作，配置文件为 /etc/neutron/l3_agent.ini，位于控制节点或网络节点上。
    • interface_driver 是最重要的选项，
      • 如果 mechanism driver 是 linux bridge，则：
        • interface_driver = neutron.agent.linux.interface.BridgeInterfaceDriver
      • 如果选用 open vswitch，则：
        • interface_driver = neutron.agent.linux.interface.OVSInterfaceDriver
• DHCP Agent
  • DHCP Agent 负责 DHCP 和 RADVD 服务。它需要在同一节点上运行的 L2 代理。
• Metadata Agent
  • instance 在启动时需要访问 nova-metadata-api 服务获取 metadata 和 userdata，这些 data 是该 instance 的定制化信息，比如 hostname, ip， public key 等。
  • 但 instance 启动时并没有 ip，那如何通过网络访问到 nova-metadata-api 服务呢？
  • 答案就是 neutron-metadata-agent 该 agent 让 instance 能够通过 dhcp-agent 或者 l3-agent 与 nova-metadata-api 通信
• L3 metering Agent
  • L3 metering Agent 启用第 3 层流量计量。它需要在同一节点上运行的 L3 代理。
• Security
  • L3 agent 可以在 router 上配置防火墙策略，提供网络安全防护。另一个与安全相关的功能是 Security Group，也是通过 IPtables 实现。 Firewall 与 Security Group 的区别在于：
    • Firewall 安全策略位于 router，保护的是某个 project 的所有 network。
    • Security Group 安全策略位于 instance，保护的是单个 instance。

Database 数据库

Reference Implementations 参考实现

mechanism driver 和 L2 agent 的组合称为“参考实现”。下表列出了这些实现：

下表显示了哪些参考实现支持哪些非 L2 的 Agent