neutron相关知识
Neutron 对虚拟三层网络的实现是通过其 L3 Agent (neutron-l3-agent)。该 Agent 利用 Linux IP 栈、route 和 iptables 来实现内网内不同网络内的虚机之间的网络流量,以及虚机和外网之间网络流量的路由和转发。为了在同一个Linux 系统上支持可能的 IP 地址空间重叠,它使用了 Linux network namespace 来提供隔离的转发上下文。
namespace技术
每个 netns 拥有独立的 (virtual)network devices, IP addresses, IP routing tables, /proc/net directory, ports 等等
新创建的 netns 默认只包含 loopback device(回环设备)。除了这个设备,每个 network device,不管是物理的还是虚拟的网卡还是网桥等,都只能存在于一个 netns。而且,连接物理硬件的物理设备只能存在于 root netns。其它普通的网络设备可以被创建和添加到某个 netns。
[root@bogon ~]# ip netns add test_namespace
[root@bogon ~]# ip netns
test_namespace
[root@bogon ~]# ip netns list
test_namespace
[root@bogon ~]# ip netns exec test_namespace bash
[root@bogon ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN qlen 1
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
[root@bogon ~]#
添加 virtual interfaces 到 network namespace
[root@bogon ~]# ip link add veth-a type veth peer name veth-b#创建一对虚拟网卡veth-a 和 veth-b,两者由一根虚拟网线连接
[root@bogon ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN qlen 1
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
link/ether 00:0c:29:0f:09:89 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.246.138/24 brd 192.168.246.255 scope global dynamic ens33
valid_lft 1225637sec preferred_lft 1225637sec
inet6 fe80::20c:29ff:fe0f:989/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
3: veth-b@veth-a: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000
link/ether 7e:75:c5:5a:70:0b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
4: veth-a@veth-b: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000
link/ether 12:10:96:02:4c:f0 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
将 veth-b 添加到 network namespace
[root@bogon ~]# ip link set veth-b netns netns1
[root@bogon ~]# ip netns exec netns1 bash
[root@bogon ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN qlen 1
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
3: veth-b@if4: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000
link/ether 7e:75:c5:5a:70:0b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
[root@bogon ~]#
Linux下的IP设备已经少了一个
[root@bogon ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN qlen 1
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
link/ether 00:0c:29:0f:09:89 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.246.138/24 brd 192.168.246.255 scope global dynamic ens33
valid_lft 1224076sec preferred_lft 1224076sec
inet6 fe80::20c:29ff:fe0f:989/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
4: veth-a@if3: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000
link/ether 12:10:96:02:4c:f0 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
[root@bogon ~]#
设置namespace的IP地址
[root@bogon ~]# ip addr add 10.0.0.2/24 dev veth-b
[root@bogon ~]# ip link set dev veth-b up
[root@bogon ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN qlen 1
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
3: veth-b@if4: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state LOWERLAYERDOWN qlen 1000
link/ether 7e:75:c5:5a:70:0b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
inet 10.0.0.2/24 scope global veth-b
valid_lft forever preferred_lft forever
[root@bogon ~]#
设置Linux下的vth-a的IP地址
[root@bogon ~]# ip addr add 10.0.0.1/24 dev veth-a
[root@bogon ~]# ip link set dev veth-a up
[root@bogon ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN qlen 1
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
link/ether 00:0c:29:0f:09:89 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.246.138/24 brd 192.168.246.255 scope global dynamic ens33
valid_lft 1223891sec preferred_lft 1223891sec
inet6 fe80::20c:29ff:fe0f:989/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
4: veth-a@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP qlen 1000
link/ether 12:10:96:02:4c:f0 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
inet 10.0.0.1/24 scope global veth-a
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::1010:96ff:fe02:4cf0/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
[root@bogon ~]#
ping
[root@bogon ~]# ping 10.0.0.2
PING 10.0.0.2 (10.0.0.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.065 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.040 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.038 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.072 m
查看路由表和IPtables
[root@bogon ~]# ip netns exec netns1 bash
[root@bogon ~]# route
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
10.0.0.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 veth-b
[root@bogon ~]# iptables -F
[root@bogon ~]#
Iptables
Neutron 主要用到 filter 表和 nat 表,其中, filter 用来实现安全组(Security Group)和 防火墙(FWaas);nat 主要用来实现 router。
INPUT
可见在INPUT接受所有的数据包
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL INPUT
Chain INPUT (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
1 0 0 neutron-l3-agent-INPUT all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL neutron-l3-agent-INPUT
Chain neutron-l3-agent-INPUT (1 references)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
1 0 0 ACCEPT all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 mark match 0x1/0xffff
2 0 0 DROP tcp -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 tcp dpt:8775
[root@node-3 ~]#
OUTPUT
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL OUTPUT
Chain OUTPUT (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
1 0 0 neutron-filter-top all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
2 0 0 neutron-l3-agent-OUTPUT all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL neutron-filter-top
Chain neutron-filter-top (2 references)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
1 0 0 neutron-l3-agent-local all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL neutron-l3-agent-local
Chain neutron-l3-agent-local (1 references)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL neutron-l3-agent-OUTPUT
Chain neutron-l3-agent-OUTPUT (1 references)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
[root@node-3 ~]#
OUTPUT链没有什么规则
FORWARD
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL FORWARD
Chain FORWARD (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
1 0 0 neutron-filter-top all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
2 0 0 neutron-l3-agent-FORWARD all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL neutron-filter-top
Chain neutron-filter-top (2 references)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
1 0 0 neutron-l3-agent-local all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL neutron-l3-agent-local
Chain neutron-l3-agent-local (1 references)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL neutron-l3-agent-FORWARD
Chain neutron-l3-agent-FORWARD (1 references)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
1 0 0 neutron-l3-agent-iv4a7700495 all -- * qr-+ 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
2 0 0 neutron-l3-agent-ov4a7700495 all -- qr-+ * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
3 0 0 neutron-l3-agent-fwaas-defau all -- * qr-+ 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
4 0 0 neutron-l3-agent-fwaas-defau all -- qr-+ * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
在之前没有创建防火墙规则之前只有neutron-l3-agent-fwaas-defau两条规则 一进一出
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL neutron-l3-agent-iv4a7700495
Chain neutron-l3-agent-iv4a7700495 (1 references)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
1 0 0 DROP all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 state INVALID
2 0 0 ACCEPT all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 state RELATED,ESTABLISHED
3 0 0 DROP tcp -- * * 2.2.2.0/24 3.3.3.0/24 tcp dpts:1:65535
4 0 0 DROP icmp -- * * 10.0.0.0/24 0.0.0.0/0
[root@node-3 ~]# iptables --line-numbers -vnL neutron-l3-agent-ov4a7700495
Chain neutron-l3-agent-ov4a7700495 (1 references)
num pkts bytes target prot opt in out source destination
1 0 0 DROP all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 state INVALID
2 0 0 ACCEPT all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 state RELATED,ESTABLISHED
3 0 0 DROP tcp -- * * 2.2.2.0/24 3.3.3.0/24 tcp dpts:1:65535
4 0 0 DROP icmp -- * * 10.0.0.0/24 0.0.0.0/0
一条规则下发后分别存在进出两条规则在router中,即neutron-l3-agent-iv4a7700495 ,neutron-l3-agent-ov4a7700495 ,用于进数据网络的包的默认处理和出数据网络的包的默认处理。 neutron-l3-agent-fwaas-defau用于默认丢弃没有被以上规则处理的所有包。
所以默认neutron是丢弃所有的数据包
lbaas分析
haproxy
haproxy 配置中分成五部分内容,分别如下: global:参数是进程级的,通常是和操作系统相关。这些参数一般只设置一次,如果配置无误,就不需要再次进行修改。 defaults:配置默认参数,这些参数可以被用到frontend,backend,Listen组件。 frontend:接收请求的前端虚拟节点,Frontend可以更加规则直接指定具体使用后端的backend。 backend:后端服务集群的配置,是真实服务器,一个Backend对应一个或者多个实体服务器。 Listen Fronted和backend的组合体。
LBaasv2 可以看做 OpenStack Neutron 对各种物理负载均衡器的虚拟化。它的概念可以和 HAProxy 中的概念进行类比:
HAProxy 的概念 | LBaasv2 的概念 | 说明 |
---|---|---|
Driver | LBaas v2也是采取 driver 模型来支持多种物理的负载均衡器。LBaasv2 默认实现了 HAProxy driver,同时,它也支持多个其他 Vendor driver。厂商驱动 | |
Frontend | Listener | LBaasv2采用Listener方式将流量转移到不同的pool中的member。 |
Backend | Pool | 代表Listener所监听的负载后端的虚拟机池。 |
Backend server | Member | Member 对应的是 pool 里面处理网络请求的一个 OpenStack Nova 虚机 |
Health check | Health monitor | 它用来监测 pool 里面 member 的状态,支持 HTTP, TCP, 和 ping 等多种检测方法。在 Nuetron 中这是可选的,如果没有 Health monitor,pool 会一直认为所有的 member 都是 ACTIVE 状态,这样所有的 member 会一直出现在 VIP 的分发列表中,哪怕 member 对应的实例不能响应网络请求。这在实际应用中会造成负载均衡的响应异常。 |
neutron-lbaas
网络节点上,neutron-lbaas-agent
(1)为每个带有 active VIP 的 pool 创建了一个 network namespace,它以 qlbaas- 命名
(2)该 interface 挂载 OVS br-int 上并被打上了它所在的 network(pool -> subnet -> network) 对应的本地 VLAN ID:
(3) ps -elf | grep -v agent | grep haproxy
(4) 根据步骤4查看haproxy.conf 如 /var/lib/neutron/lbaas/v2/5735af3c-11bc-49b6-a3e1-dc1c1b4ebd37
floating IP原理
当 router 接收到 instance 的数据包,并将其转发到外网时: router 会修改包的源地址为自己的外网地址,这样确保数据包转发到外网,并能够从外网返回。 router 修改返回的数据包,并转发给真正的 instance。 这个行为被称作 Source NAT。
floating IP 提供静态 NAT 功能,建立外网 IP 与 instance 租户网络 IP 的一对一映射。
floating IP 是配置在 router 提供网关的外网 interface 上的,而非 instance 中。
router 会根据通信的方向修改数据包的源或者目的地址。
进入路由的namespace iptables -t nat -S
查看nat表
DHCP
neutron dhcp为租户网络提供DHCP服务,即IP地址动态分配,另外还会提供metadata请求服务。
3个主要的部件:
DHCP agent scheduler:负责DHCP agent与network的调度。
DHCP agent:为租户网络提供DHCP的功能,提供metadata request服务。
DHCP driver:即dnsmasq,用于管理DHCP server。
Dnsmasq 是被 Neutron 用来提供 DHCP 和 DNS 服务的一个开源程序,即DHCP driver部分。它提供 DNS 缓存和 DHCP 服务功能。作为域名解析服务器(DNS),dnsmasq可以通过缓存 DNS 请求来提高对访问过的网址的连接速度。作为DHCP 服务器,dnsmasq 可以为局域网电脑提供内网ip地址和路由。DNS和DHCP两个功能可以同时或分别单独实现。dnsmasq轻量且易配置,适用于主机较少的网络。
根据整个dhcp处理的流程,dhcp模块主要由Neutron api、core plugin(如linux bridge plugin,ovs plugin等)、dhcp agent scheduler、dhcp agent、dhcp driver(dnsmasq)构成。
对应架构图中数字,有以下几个接口: 1.network/subnet/port的操作 2.agent management/agent scheduler的操作 3.network/subnet/port操作会发送rpc请求到dhcp agent。 4.agentscheduler db发送rpc请求到dhcp agent。 5.dhcp agent通过DhcpPluginApi发送rpc请求到core plugin,操作相应的数据库。 6.dhcp agent调用dhcp driver进行dhcp相关操作。
虚机获取固定IP (Fixed IP)主要分为两个步骤:
在创建虚机过程中,Neutron 随机生成 MAC 和 从配置数据中分配一个固定IP 地址,并保存到 Dnsmasq 的 hosts 文件中,让 Dnsmasq 做好准备。
虚机在启动时向 Dnsmasq 获取 IP 地址
红色为创建虚拟机的数据流
绿色为虚拟机启动的数据流
创建虚机时的数据流
Controller 节点上的 Neutron Server 接到该请求后,会开始下面的过程
步骤 2 ~ 6:Neutron Server 生成 MAC 和 IP。 其中 MAC 是由任意数组成的;Fixed IP 是从保存在数据库中的管理员配置的网络和地址数据生成的。
步骤 7 ~ 10: 调用 L3 Agent 和 OVS 执行一些操作。
步骤 12 ~ 14:通过 AMQP 的 cast 消息给 Neutron 节点上的 DHCP Agent,告诉它 Port 创建结束以及 新分配的 Port 的数据。
步骤 13:返回Port 给 nova-compute。
步骤 15:Neturon 节点上的 DHCP Agent 根据接收到的 Port 创建完成通知,重新生成 Dnsmasq 的 hosts 文件,然后让 Dnsmasq 重新加载该文件。Nova 拿到 Port 的数据后,会写入虚机的 libvirt.xml 文件。
安全组
其中id的前10位数字被用作虚机对外连接的qbr(同时也是tap口)的id。i或o加上前9位数字被用作安全组chain的id。所有的规则默认都在Compute节点上的filter表(默认表)中实现,分别来查看filter表的INPUT、OUTPUT、FORWARD三条链上的规则。
跟安全组相关的规则被重定向到neutron-openvswi-INPUT。 查看其规则,只有一条
某个vm的安全组相关规则的chain的名字,跟vm的id的前9个字符有关。
因此,要快速查找qbr-XXX上相关的iptables规则,可以用iptables -S列出(默认是filter表)所有链上的规则,其中含有id的链即为虚拟机相关的安全组规则。其中–physdev-in表示即将进入某个网桥的端口,–physdev-out表示即将从某个网桥端口发出。
iptables -S | grep tap4ca9818f-53
3.1 配置
节点 配置文件 配置项 说明
controller /etc/nova/nova.conf security_group_api = neutron 使得 nova secgroup* 命令使用的是 neutron 安全组的 API
/etc/neutron/plugins/ml2/ml2_conf.ini enable_security_group = True
firewall_driver = neutron.agent.linux.iptables_firewall.OVSHybridIptablesFirewallDriver 启用 Neutron 安全组并指定驱动
nova-compute /etc/nova/nova.conf firewall_driver = nova.virt.firewall.NoopFirewallDriver 禁用 nova 安全组
/etc/neutron/plugins/ml2/ml2_conf.ini enable_security_group = True
enable_ipset = True
firewall_driver = neutron.agent.linux.iptables_firewall.OVSHybridIptablesFirewallDriver 启用 Neutron 安全组并指定驱动
network /etc/neutron/plugins/ml2/ml2_conf.ini enable_security_group = True
enable_ipset = True
firewall_driver = neutron.agent.linux.iptables_firewall.OVSHybridIptablesFirewallDriver 启用 Neutron 安全组并指定驱动
neutron 也提供两种安全组的实现:IptablesFirewallDriver 和 OVSHybridIptablesFirewallDriver
neutron.agent.linux.iptables_firewall.IptablesFirewallDriver : iptables-based FirewallDriver implementation
neutron.agent.linux.iptables_firewall.OVSHybridIptablesFirewallDriver: subclass of IptablesFirewallDriver with additional bridge
默认值是 neutron.agent.firewall.NoopFirewallDriver,表示不使用 neutron security group。
参考:http://www.cnblogs.com/wanstack/tag/Neutron/
https://www.cnblogs.com/sammyliu/p/4658746.html
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