关键词：
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。
[[email protected] ~]# ip netns add test_namespace
[[email protected] ~]# ip netns
test_namespace
[[email protected] ~]# ip netns list
test_namespace
[[email protected] ~]# ip netns exec test_namespace bash
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 添加 virtual interfaces 到 network namespace
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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: [email protected]: <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: [email protected]: <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
[[email protected] ~]# ip link set veth-b netns netns1
[[email protected] ~]# ip netns exec netns1 bash
[[email protected] ~]# 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: [email protected]: <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
[[email protected] ~]#
Linux下的IP设备已经少了一个
[[email protected] ~]# 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: [email protected]: <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
[[email protected] ~]# 设置namespace的IP地址
[[email protected] ~]# ip addr add 10.0.0.2/24 dev veth-b
[[email protected] ~]# ip link set dev veth-b up
[[email protected] ~]# 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: [email protected]: <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
[[email protected] ~]#
设置Linux下的vth-a的IP地址
[[email protected] ~]# ip addr add 10.0.0.1/24 dev veth-a
[[email protected] ~]# ip link set dev veth-a up
[[email protected] ~]# 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: [email protected]: <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
[[email protected] ~]#
ping
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# ip netns exec netns1 bash
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]#
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
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]#
OUTPUT
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# OUTPUT链没有什么规则
FORWARD
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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-
（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
参考：http://www.cnblogs.com/wanstack/tag/Neutron/
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