深入理解Neutron网络
一、Neutron中的三种网络
1. External Network/API Network
这个网络是链接外网的，无论是用户调用OpenStack的API，还是创建出来的虚拟机要访问外网，或者外网要ssh到虚拟机，都需要通过这个网络。
2. Data Network
数据网络，虚拟机之间的数据传输通过这个网络来进行，比如一个虚拟机要连接到另一个虚拟机，虚拟机要连接虚拟路由都是通过这个网络来进行。
3. Management Network
管理网络，OpenStack各个模块之间的交互，连接数据库，连接Message Queue都是通过这个网络来进行。
二、Neutron中的三个节点
1. Controller节点
neutron-server，用于接受API请求创建网络，子网，路由器等，然而创建的这些东西仅仅是一些数据结构在数据库里面。
2. Network节点
（1）neutron-l3-agent，用于创建和管理虚拟路由器，当neutron-server将路由器的数据结构创建好，neutron-l3-agent是做具体事情的，真正的调用命令行将虚拟路由器，路由表，namespace，iptables规则全部创建好。
（2）neutron-dhcp-agent，用于创建和管理虚拟DHCP server，每个虚拟网络都会有一个DHCP server，这个DHCP server为这个虚拟网络里面的虚拟机提供IP。
（3）neutron-openvswitch-plugin-agent，用于创建L2的switch，在Network节点上，Router和DHCP Server都会连接到二层的switch上。
3. Compute节点
neutron-openvswitch-plugin-agent，用于创建L2的switch，在compute节点上，虚拟机的网卡也是连接到二层的switch上。
三、租户创建网络过程
（1）为这个Tenant创建一个private network，不同的private network是需要通过VLAN tagging进行隔离的，互相之间广播（broadcast）不能到达，网络类型可以是vxlan\gre等；
（2）为private network创建一个subnet，subnet才是真正配置IP网段的地方，对于vpc网络，我们常常用192.168.0.0/24这个网段；
（3）为这个Tenant创建一个Router，访问外网；
（4）将private network连接到Router上；
（5）创建一个External Network；
（6）创建一个External Network的Subnet，这个外网逻辑上代表了我们数据中心的物理网络，通过这个物理网络，我们可以访问外网；
（7）将Router连接到External Network；
设置外部网络时PUBLIC_GATEWAY应该设为数据中心里面的Gateway，PUBLCI_RANGE也应该和数据中心的物理网络的CIDR一致，否则连不通。之所以设置PUBLIC_START和PUBLIC_END，是因为在数据中心中，不可能所有的IP地址都给OpenStack使用，另外的可能搭建了VMware vCenter，可能有物理机，所以仅仅分配一个区间给OpenStack来用。
四、Neutron中的技术
Neutron能提供虚拟的分布式（跨物理机虚机在同一个vlan）二层vswitch（提供虚拟的network\subnet\port）、三层router、防火墙、负载均衡等抽象网络功能，能为每个租户提供独立的虚拟网络环境。所谓虚拟网络，就是虚机启动的时候会有一个虚拟网卡，虚拟网卡会连接到虚拟switch上，虚拟switch连接到虚拟router上，虚拟router最终和物理网卡连通，从而实现虚拟网络和物理网络连通起来。可能用到的技术包括：
五、举例说明
1. GRE网络原理
假设虚拟机VM0虚拟网卡veth0有网络数据包向外网发送，那么会经过如下过程：
（1）数据包会经过qbr Linux Bridge设备，qvb（quantum veth bridge）和qvo（quantum veth ovs）虚拟网络设备；
（2）数据包到达OVS网桥br-int上，br-int将数据包attach到OVS网桥br-tun上（br-int完成标记和去除内部即本地租户VLAN TAG，本机虚机L2层流量的本地转发）；
（3）数据包再从compute节点OVS网桥的br-tun和network节点OVS网桥br-tun构成的GRE隧道穿过（br-tun是OVS虚拟出来的网桥，进行隧道封装，并完成VNI和VLAN映射，通过它将环境中的所有物理机连通起来，这样物理节点之间就可以形成一个GRE的点对点通信网络或者vxlan网络）；
（4）交付到Network节点的OVS网桥br-int上；
（5）网络节点的br-int通过qr设备借助Linux命名空间qrouter连通到br-ex上的qg设备，将数据包交付到OVS网桥br-ex上（qrouter就是网络节点上的neutron-l3-agent）；
（6）最后br-ex通过网络节点的外部物理端口eth1把数据包传送到外部路由器的网关。
2. 进一步理解
（1）DHCP
为什么会有个DHCP Server呢？同一个private network里的虚拟机得到IP都是通过这个DHCP Server来的，这个DHCP Server也是连接到br-int上和虚拟机进行通信的。
（2）qbr与br-int
既然qbr与br-int都是网桥，为什么不直接连接到br-int，而要通过qvb和qvo这两个虚拟网络设备来连接，为什么要用到qbr呢？因为Security group。OVS网桥br-int没有设置iptables规则的功能，但是openstack又需要提供安全组的服务，因此借助了Linux Bridge（qbr），虽然都是二层网桥，但为了功能互补就同时出现了。具体Openstack中的安全组开通哪些端口，屏蔽哪些端口是用iptables来实现的，而br-int这些虚拟网桥都是通过OVS创建，openstack的Kernel mode和netfilter的kernel mode不兼容。一个IP包进来要么走iptables规则进行处理，要么走OVS规则进行处理，br-int上有很多OVS的规则，比如vlan tag等，所以iptables必须要另外建立一个linux bridge来做，因此有了qbr。在了解拓扑结构的时候，可以将qbr忽略，VM直接连接到br-int上就可以。
（3）namespace
为什么会有namespace呢，java的namespace是为了在不同namespace下有相同的类名，openstack也是类似。不同tenant都创建自己的router和private network，彼此不知道别人指定了哪些网段，很有可能两个tenant都指定了同一个网段，这样不同的private network的路由表、DHCP Server就需要隔离，否则就乱了，因此有了namespace。
（4）OVS一体化网桥br-int
每个机器上都有了自己的br-int，但是对于虚机和虚拟router来说，它们仍然觉得自己连接到了一个大的L2的br-int上，通过这个br-int相互通信，它们感受不到br-int下面的虚拟网卡br-tun。所以对于多节点结构，我们可以想象br-int是一个大的、横跨所有compute节点和network节点的L2层switch，实现虚机之间的通信以及虚机和router的通信，好像open stack环境中所有的虚机都连接到了一个巨型的虚拟交换机上。
但是br-int毕竟被物理的割开了，需要有一种方式将其串联，openstack提供了多种方式，可以用GRE将不同机器的br-int连接起来，也可以通过vlan或是vxlan。这就是为什么openstack有了br-int这个bridge，但是不把所有的openvswitch的规则都在它上面实现。就是为了提供这种灵活性，对于虚拟机来讲，看到的是一大整个br-int，不同机器的br-int可以有多种方式连接，这在br-int下面的网卡上面实现。
（5）OVS隧道网桥br-tun
br-tun也是OVS创建的虚拟网桥，它是一个中间层，接收br-int的网络数据，然后再通过特定的网络协议与各个节点的br-tun相连构成一个通道层。如果所有的br-int构成的抽象层定义为虚拟二层网络，那么所有的br-tun构成的抽象层便是虚拟三层网络了。
（6）网络数据包隔离
如果有不同的tenant，创建了不同的private network，为了在data network上对包进行隔离，创建private network的时候，需要指定vlanid。因此不同的tenant的private network上建的虚机，连接到br-int上的时候是带tag的，所以不同tenant的虚机，即便连接到同一个br-int上，因为tag不同，也不能相互通信。
但是同一个节点上的tag是仅在此节点有效的，并不是使用我们创建private network的时候指定的全局唯一的vlanid，一个compute节点上的br-int上的tag 1和另一个compute节点上的br-int的tag1很可能是两码事。全局的vlanid仅仅在br-int以下的虚拟网卡和物理网络中使用，虚机所有能看到的东西，到br-int为止，看不到打通br-int所要使用的vlanid。
从局部有效的tag到全局有效的vlanid的转换，都是通过openvswitch的规则，在br-tun上实现。
