Cable--新虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)介紹

本文主要介紹為了統(tǒng)一管理不同編排系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模塊，簡(jiǎn)化虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的開發(fā)流程，虛擬網(wǎng)絡(luò)工作組實(shí)現(xiàn)的新虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)--Cable。

OpenStack架構(gòu)中，Neutron作為虛擬網(wǎng)絡(luò)模塊，管理虛機(jī)的網(wǎng)絡(luò)。隨著容器技術(shù)的發(fā)展，越來越多的應(yīng)用部署到Kubernetes等容器編排系統(tǒng)中，而Kubernetes也有自帶的網(wǎng)絡(luò)管理模塊，如Flannel，Calico等。分別維護(hù)OpenStack、Kubernetes網(wǎng)絡(luò)模塊，不僅增加管理成本，且無法滿足虛機(jī)和容器網(wǎng)絡(luò)互通等需求。為了統(tǒng)一管理不同編排系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模塊，簡(jiǎn)化虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的開發(fā)流程，虛擬網(wǎng)絡(luò)工作組實(shí)現(xiàn)了新的虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Cable。

目前公司的虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有如下不足：1 物理機(jī)、虛機(jī)和容器網(wǎng)絡(luò)分開管理，無法達(dá)到直接互聯(lián)互通。2 Neutron agent里的DHCP、metadata采用集中式服務(wù)，健壯性不足。3 vxlan實(shí)現(xiàn)時(shí)需要外部路由器的支持，較為復(fù)雜。

新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要滿足統(tǒng)一管理物理機(jī)、虛機(jī)和容器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)直接互聯(lián)互通；簡(jiǎn)化Neutron agent，分布式架構(gòu)實(shí)現(xiàn)DHCP、metadata等功能；在虛擬網(wǎng)絡(luò)層面實(shí)現(xiàn)vxlan；提供流量鏡像等新功能。

為了滿足上訴需求，Cable架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了如下兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

虛擬數(shù)據(jù)平面不再基于OVS，而是采用功能更為豐富虛擬路由器vrouter.ko。vrouter.ko是Juniper的虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)OpenContrail中的開源數(shù)據(jù)模塊。相比于OVS的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，vrouter.ko支持虛擬網(wǎng)絡(luò)路由、vxlan、流表配置安全組、流表配置nat/snat、流量鏡像等功能。豐富的數(shù)據(jù)平面功能，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)功能模塊的開發(fā)難度。

重新自研開發(fā)管理平面。管理平面統(tǒng)一管理OpenStack和Kubernetes網(wǎng)絡(luò)模塊；采用Kubernetes里的watch方式，主動(dòng)監(jiān)控平臺(tái)資源變化情況，并執(zhí)行相關(guān)操作；分布式實(shí)現(xiàn)DHCP；用vrouter.ko中的flow功能實(shí)現(xiàn)nat、安全組等。

當(dāng)用戶請(qǐng)求到達(dá)Neutron Server后，Contrail Neutron Plugin將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至Cable的控制節(jié)點(diǎn)(Control Node)。控制節(jié)點(diǎn)的proxy轉(zhuǎn)換請(qǐng)求發(fā)送至API，API將接收到的請(qǐng)求發(fā)送至相應(yīng)模塊，其中controller負(fù)責(zé)具體的計(jì)算和分配工作，IPAM模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)地址的管理。每臺(tái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)部署了Cable agent，通過Rest API監(jiān)聽Control Node的資源，如監(jiān)聽到資源變化，則調(diào)用vrouter.ko執(zhí)行相應(yīng)請(qǐng)求(添加/刪除/修改網(wǎng)絡(luò)信息)。

Cable需要考慮如何與現(xiàn)有的虛擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兼容，使得Neutron能夠平滑過渡到新的架構(gòu)上。所以在保持Neutron原有接口不變的基礎(chǔ)上，將Neutron的db替換為etcd，并將DHCP-agent,metadata-agent,l3-agent替換為統(tǒng)一的cable-agent。將Neutron用Cable替代后，OpenStack的相關(guān)命令行和Restful API都沒有變化，實(shí)現(xiàn)無縫切換，方便運(yùn)維管理。

新的虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，兼容了不同網(wǎng)絡(luò)平面，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)功能模塊，使得網(wǎng)絡(luò)更為健壯。目前Cable的整體架構(gòu)已經(jīng)基本開發(fā)完成，實(shí)現(xiàn)了DHCP、metadata和VLAN架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，后續(xù)將實(shí)現(xiàn)安全組、VXLAN等更多功能，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化部署，完善監(jiān)控功能。