Openstack网络组件之Neutron

从Nova到Neutron：OpenStack网络架构的演变

在云计算和虚拟化技术迅猛发展的背景下，OpenStack 成为了构建私有云和公有云平台的首选解决方案之一。早期版本中，Nova 项目不仅负责计算资源的管理，还承担了提供基本网络连接的任务。然而，随着用户需求的增长和技术的进步，这种一体化设计逐渐暴露出其局限性。为了解决这些问题并提供更灵活、强大的网络功能，OpenStack 引入了专门的 Neutron 网络服务。本文将探讨 Nova 在网络方面最初的做法，以及引入 Neutron 后所带来的变革。

Nova 的原始网络模型

在 Neutron 出现之前，Nova 提供了两种主要方式来实现虚拟实例间的网络连接：

• 扁平网络（Flat Network）：这是一种简单但有限的方案，所有云租户共享一个单一的 IP 池和二层域（L2 domain）。这意味着所有虚拟机都在同一个广播域内，虽然易于配置，但却缺乏必要的隔离性和安全性，难以满足多租户环境下的复杂需求。

• VLAN 网络：为了解决扁平网络中存在的问题，Nova 支持通过 VLAN 标签对流量进行逻辑上的分隔。每个 VLAN 可以看作是一个独立的二层网络，从而允许不同的租户或应用拥有自己专属的网络空间。不过，这种方法要求管理员在物理交换机上手动创建和维护相应的 VLAN 设置，增加了管理和扩展的难度。

尽管这两种模式能够满足某些基础场景的需求，但在面对日益复杂的业务要求时，它们显然力不从心。因此，社区开始寻求一种更加模块化、可扩展且易于管理的网络解决方案。

Neutron 的诞生与优势

随着 Neutron 的推出，OpenStack 的网络管理进入了一个全新的阶段。作为一个独立的服务组件，Neutron 不仅继承了 Nova 中原有的基本网络功能，更重要的是它带来了许多高级特性：

• 插件架构：Neutron 采用了一种插件化的架构设计，使得第三方厂商可以很容易地集成自家的硬件设备或软件定义网络（SDN）控制器，极大丰富了可用的功能集。

• 丰富的网络拓扑支持：除了传统的 L2/L3 连接外，Neutron 还支持路由器、负载均衡器、防火墙等多种网络服务，允许用户根据实际需要构建复杂而灵活的网络拓扑结构。

• 自动化与编排：借助 OpenStack 的其他组件如 Heat 和 Horizon，Neutron 能够实现高度自动化的网络配置和生命周期管理，减少了人工干预，提高了部署效率。

• 增强的安全性和隔离性：相比 Nova 的原始网络模型，Neutron 提供了更好的安全策略实施机制，包括网络安全组（Security Groups）、IP 地址管理（IPAM）等，确保不同租户之间的流量得到有效隔离。

以下是Neutron组件结构和解释

控制节点（Controller Node）

1. Neutron Server:
   Core API: 提供基本的网络管理功能，如创建、删除和查询网络、子网和端口。
   Extensions API: 扩展核心 API 的功能，提供更高级的服务，如负载均衡、防火墙等。
   Core Plugin: 核心插件负责处理基本的网络操作，如网络、子网和端口的 CRUD（创建、读取、更新、删除）操作。
   Service Plugin: 服务插件扩展核心插件的功能，提供高级网络服务，如路由器、负载均衡器、防火墙等。

计算节点（Compute Node）

L2 Agent: 负责处理二层（数据链路层）网络操作，如 VLAN 标签的管理和虚拟交换机的配置。它与计算节点上的虚拟机进行交互，确保虚拟机之间的网络连接。

网络节点（Network Node）

L2 Agent: 同样负责处理二层网络操作，但通常在网络节点上运行，以支持更复杂的网络拓扑。
L3 Agent: 负责三层（网络层）网络操作，如路由和 NAT（网络地址转换）。它处理跨不同子网的流量转发，并实现外部网络的访问。

消息总线（Message Bus）

Message Bus: 这是 Neutron 中各个组件之间通信的基础。通过消息总线，Neutron Server 可以与 L2 Agent 和 L3 Agent 通信，下发网络配置指令，并接收状态更新。

总结

Neutron Server 在控制节点上运行，通过 Core API 和 Extensions API 提供网络管理接口，并通过 Core Plugin 和 Service Plugin 处理网络请求。
L2 Agent 在计算节点和网络节点上运行，处理二层网络操作。
L3 Agent 在网络节点上运行，处理三层网络操作。
Message Bus 是所有组件之间通信的通道，确保 Neutron Server 可以远程控制各个节点上的代理。