OpenStack：理解GRE隧道的工作流程

yuandan

原文：http://blog.csdn.net/eric_sunah/article/details/38982063
文章背景
　　Openstack的网络配置复杂多样，本文讲述的流程只符合以下场景:

• 　　网络类型为GRE隧道
  

• 　　单独的网络控制节点;
  

流程介绍
　　下面是简单的流程图

　　下面是各个部分包含的PORT

　　下面章节的名称中会包含图中关键点的编号
计算节点:实例网络 (A,B,C)
　　所有发出的数据包都是从实例的eth0开始的，它连接到tap设备，tap设备连接到Linux的网桥设备qbr。从图中可以看出
tap设备没有直接连接到集成网桥br-int,而是通过qbr中转了一下，这时为什么了？主要是因为OVS的网桥br-int没有设置iptables
规则的功能，但OpenStack又想要(或必须)提供安全组服务，那么就借助了Linux
Bridge的功能。虽说OVS的br-int网桥和LinuxBridge都是二层桥，但是为了功能相互弥补，就同时出现了。
　　通过在计算节点上查看防火墙的规则，可以发现很多规则都是和tap设备相关的
# iptables -S | greptap7c7ae61e-05-A quantum-openvswi-FORWARD -m physdev --physdev-out tap7c7ae61e-05--physdev-is-bridged -j quantum-openvswi-sg-chain
-A quantum-openvswi-FORWARD -m physdev --physdev-in tap7c7ae61e-05--physdev-is-bridged -j quantum-openvswi-sg-chain
-A quantum-openvswi-INPUT -m physdev --physdev-in tap7c7ae61e-05--physdev-is-bridged -j quantum-openvswi-o7c7ae61e-0-A quantum-openvswi-sg-chain -m physdev --physdev-out tap7c7ae61e-05--physdev-is-bridged -j quantum-openvswi-i7c7ae61e-0-A quantum-openvswi-sg-chain -m physdev --physdev-in tap7c7ae61e-05--physdev-is-bridged -j quantum-openvswi-o7c7ae61e-0　　quantum-openvswi-sg-chain是由neutron-managed security groups产生的，quantum-openvswi-o7c7ae61e-0主要用来控制实例发出的outbound消息规则
　　，quantum-openvswi-i7c7ae61e-0chain 主要用来控制从外部到实例的inbound消息 规则
计算节点: 集成网桥br-int (D,E)
　　集成网桥(br-int)负责执行从实例接受或发出的流量中vlan 标示的拆封工作，此时结算节点上br-int的情况应该类似于
#ovs-vsctl showBridge br-int  Port"qvo7c7ae61e-05"    tag: 1    Interface "qvo7c7ae61e-05"  Port patch-tun    Interface patch-tun      type: patch      options:{peer=patch-int}  Port br-int    Interface br-int      type: internal　　接口qvo7c7ae61e-05与qvb7c7ae61e-05是一对接口，它们负责将Linux网桥的流量传输到br-int
上，qvo上的tag:1是一个接入端口，这个端口被挂到了VLAN1上，从实例发出的流量会被赋上VLAN ID
1的标示，发往该实例的流量也先被拆掉VLAN 1的标示,每个不同的网络会被赋予不同的VLAN ID.
　　接口 patch-tun把br-int连接到隧道桥( br-tun)上.
计算节点: 隧道桥 br-tun(F,G)
　　隧道桥主要负责把br-int中带有vlan标示的流量转换到GRE隧道中，实际的转换工作主要是由br-tun中OpenFlow规则来完成的，在创建实例之前openflow的规则大概如下：
#ovs-ofctl dump-flows br-tun
NXST_FLOW reply (xid=0x4):
cookie=0x0, duration=871.283s, table=0,n_packets=4, n_bytes=300, idle_age=862, priority=1 actions=drop　　目前只有一条规则，这条规则会让br-tun丢掉所有的流量，当你在计算节点上启动一个实例后，openflow的规则会被修改成下面的样子：
#ovs-ofctl dump-flows br-run
NXST_FLOW reply (xid=0x4):
cookie=0x0, duration=422.158s, table=0,n_packets=2, n_bytes=120, idle_age=55,priority=3,tun_id=0x2,dl_dst=01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=mod_vlan_vid:1,output:1
cookie=0x0, duration=421.948s, table=0,n_packets=64, n_bytes=8337, idle_age=31,priority=3,tun_id=0x2,dl_dst=fa:16:3e:dd:c1:62 actions=mod_vlan_vid:1,NORMAL
cookie=0x0, duration=422.357s, table=0,n_packets=82, n_bytes=10443, idle_age=31, priority=4,in_port=1,dl_vlan=1actions=set_tunnel:0x2,NORMAL
cookie=0x0, duration=1502.657s, table=0,n_packets=8, n_bytes=596, idle_age=423, priority=1 actions=drop　　通常，这些规则负责映射br-int使用的VLAN ID 1，以及GRE 隧道使用的tunnel id2
　　第一条规则
cookie=0x0, duration=422.158s, table=0,n_packets=2, n_bytes=120, idle_age=55,priority=3,tun_id=0x2,dl_dst=01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00actions=mod_vlan_vid:1,output:1　　匹配的条件为tunnel id2 (tun_id=0x2), VLAN ID 1 (actions=mod_vlan_vid:1),以及从端口1发出的流量
　　通过使用ovs-ofctlshow br-tun 可以看出端口1是patch-int
#ovs-ofctl show br-tunOFPT_FEATURES_REPLY (xid=0x2): dpid:0000068df4e44a49n_tables:254, n_buffers:256capabilities: FLOW_STATS TABLE_STATS PORT_STATS QUEUE_STATSARP_MATCH_IPactions: OUTPUT SET_VLAN_VID SET_VLAN_PCP STRIP_VLAN SET_DL_SRC SET_DL_DSTSET_NW_SRC SET_NW_DST SET_NW_TOS SET_TP_SRC SET_TP_DST ENQUEUE
1(patch-int):addr:46:3d:59:17:df:62   config: 0   state:  0   speed: 0 Mbps now, 0 Mbps max 2(gre-2):addr:a2:5f:a1:92:29:02   config: 0   state:  0   speed: 0 Mbps now, 0 Mbpsmax
LOCAL(br-tun):addr:06:8d:f4:e4:4a:49   config: 0   state:  0   speed: 0 Mbps now, 0 MbpsmaxOFPT_GET_CONFIG_REPLY (xid=0x4): frags=normal miss_send_len=0　　有一条规则是
cookie=0x0, duration=422.357s, table=0,n_packets=82, n_bytes=10443, idle_age=31, priority=4,in_port=1,dl_vlan=1actions=set_tunnel:0x2,NORMAL　　匹配的条件是(in_port=1) ， VLAN ID 1 (dl_vlan=1) ，如果匹配就在发出GRE隧道之前，设置 tunnel id 为 2 (actions=set_tunnel:0x2) .
网络节点:隧道桥(br-tun) (H,I)
　　当流量通过连接到br-tun的GRE隧道到达网络节点,该节点上隧道桥的flowtable与计算节点上的非常相似
# ovs-ofctl dump-flowsbr-tunNXST_FLOW reply (xid=0x4):
cookie=0x0, duration=1239.229s, table=0,n_packets=23, n_bytes=4246, idle_age=15,priority=3,tun_id=0x2,dl_dst=01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=mod_vlan_vid:1,output:1
cookie=0x0, duration=524.477s, table=0,n_packets=15, n_bytes=3498, idle_age=10,priority=3,tun_id=0x2,dl_dst=fa:16:3e:83:69:cc actions=mod_vlan_vid:1,NORMAL
cookie=0x0, duration=1239.157s, table=0,n_packets=50, n_bytes=4565, idle_age=148,priority=3,tun_id=0x2,dl_dst=fa:16:3e:aa:99:3c actions=mod_vlan_vid:1,NORMAL
cookie=0x0, duration=1239.304s, table=0,n_packets=76, n_bytes=9419, idle_age=10, priority=4,in_port=1,dl_vlan=1actions=set_tunnel:0x2,NORMAL
cookie=0x0, duration=1527.016s, table=0,n_packets=12, n_bytes=880, idle_age=527, priority=1 actions=drop　　和在计算节点上一样，第一条规则映射tunnel ID 2 上的多路广播流量到VLAN 1
　　As on thecompute host, the first rule maps multicast traffic on tunnel ID 2 to VLAN 1.
　　第二条规则
cookie=0x0, duration=524.477s, table=0,n_packets=15, n_bytes=3498, idle_age=10,priority=3,tun_id=0x2,dl_dst=fa:16:3e:83:69:cc actions=mod_vlan_vid:1,NORMAL　　流量在隧道上转向fa:16:3e:83:69:cc，这是一个运行在网络命令空间的dnsmasq 进程
　　...matchestraffic on the tunnel destined for the DHCP server
at fa:16:3e:83:69:cc. Thisis a dnsmasq process running inside a network
namespace, the details of whichwe will examine shortly.
　　下一条规则
cookie=0x0, duration=1239.157s, table=0,n_packets=50, n_bytes=4565, idle_age=148,priority=3,tun_id=0x2,dl_dst=fa:16:3e:aa:99:3c actions=mod_vlan_vid:1,NORMAL　　匹配的流量在tunnel ID2，转向fa:16:3e:aa:99:3c上的router,这个router在另外一个网络命名空间
　　...matchestraffic on tunnel ID 2 destined for the router at
fa:16:3e:aa:99:3c, which isan interface in another network namespace.
　　下一条规则
cookie=0x0, duration=1239.304s, table=0,n_packets=76, n_bytes=9419, idle_age=10, priority=4,in_port=1,dl_vlan=1actions=set_tunnel:0x2,NORMAL　　将tunnel id 设置为2
网络节点:整合桥br-int(IJ)
　　该桥负责将实例连接到网络服务上，例如路由或者是DHCP服务
# ovs-vsctl showBridge br-int  Port patch-tun    Interface patch-tun      type: patch      options:{peer=patch-int}  Port"tapf14c598d-98"    tag: 1    Interface"tapf14c598d-98"  Port br-int    Interface br-int      type: internal  Port"tapc2d7dd02-56"    tag: 1    Interface"tapc2d7dd02-56"　　Br-int通过使用patch接口patch-tun连接到br-tun
Network host: DHCP server (O,P)
　　每一个启动DHCP的网络都会有一个DHCP服务运行在网络节点上，DHCP服务是一个运行在网络命名空间的dnsmasq实例
(网络命名空间（network namespace）是一个Linux
kernel设备，该设备允许创建一个独立于宿主机的网络栈（栈中可以包含接口，路由表，防火墙规则等）)
　　可以通过ip netns的命令查看网络命名空间
# ipnetnsqdhcp-88b1609c-68e0-49ca-a658-f1edff54a264
qrouter-2d214fde-293c-4d64-8062-797f80ae2d8f　　以qdhcp开头的记录是私有网络的命名空间，可以通过执行neutron net-list查到与之对应的网络记录
　　以qrouter开头的记录是路由的命名空间，可以通过执行neutron router-list 查到对应的路由记录
　　可以通过使用ip netnsexec command 的方式在一个命名空间内执行一些命令,例如想要查看DHCP命名空间的接口配置
# ip netns execqdhcp-88b1609c-68e0-49ca-a658-f1edff54a264 ip addr71: ns-f14c598d-98: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdiscpfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether fa:16:3e:10:2f:03 brdff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.1.0.3/24 brd 10.1.0.255 scopeglobal ns-f14c598d-98
    inet6 fe80::f816:3eff:fe10:2f03/64scope link
       valid_lft forever preferred_lftforever　　接口ns-f14c598d-98的MAC地址是匹配隧道桥中flowrule中的MAC地址，这个接口通过tap设备连接到bt-int
Port "tapf14c598d-98"
        tag: 1
        Interface"tapf14c598d-98"　　可以通过 ps - ef 输出的结果中查到与dnsmasq 关联的命名空间
# ps -fe | grep88b1609c-68e0-49ca-a658-f1edff54a264nobody   23195     1  0Oct26 ?        00:00:00 dnsmasq--no-hosts --no-resolv --strict-order --bind-interfaces--interface=ns-f14c598d-98 --except-interface=lo--pid-file=/var/lib/quantum/dhcp/88b1609c-68e0-49ca-a658-f1edff54a264/pid--dhcp-hostsfile=/var/lib/quantum/dhcp/88b1609c-68e0-49ca-a658-f1edff54a264/host--dhcp-optsfile=/var/lib/quantum/dhcp/88b1609c-68e0-49ca-a658-f1edff54a264/opts--dhcp-script=/usr/bin/quantum-dhcp-agent-dnsmasq-lease-update --leasefile-ro--dhcp-range=tag0,10.1.0.0,static,120s --conf-file= --domain=openstacklocal
root     23196 23195  0 Oct26 ?        00:00:00 dnsmasq --no-hosts --no-resolv--strict-order --bind-interfaces --interface=ns-f14c598d-98--except-interface=lo--pid-file=/var/lib/quantum/dhcp/88b1609c-68e0-49ca-a658-f1edff54a264/pid--dhcp-hostsfile=/var/lib/quantum/dhcp/88b1609c-68e0-49ca-a658-f1edff54a264/host--dhcp-optsfile=/var/lib/quantum/dhcp/88b1609c-68e0-49ca-a658-f1edff54a264/opts--dhcp-script=/usr/bin/quantum-dhcp-agent-dnsmasq-lease-update --leasefile-ro--dhcp-range=tag0,10.1.0.0,static,120s --conf-file= --domain=openstacklocal网络节点:路由 (M,N)
　　Neutron的路由是一个包含路由表以及iptables规则的网络的命名空间，主要负责不同子网间的路由。回到ip netns 的执行结果
# ipnetnsqdhcp-88b1609c-68e0-49ca-a658-f1edff54a264
qrouter-2d214fde-293c-4d64-8062-797f80ae2d8f　　通过执行ip netnsexec 命令可以发现与路由命名空间绑定的接口
# ip netns execqrouter-2d214fde-293c-4d64-8062-797f80ae2d8f ip addr66: qg-d48b49e0-aa: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdiscpfifo_fast state UP qlen 1000  link/ether fa:16:3e:5c:a2:ac brdff:ff:ff:ff:ff:ff  inet 172.24.4.227/28 brd 172.24.4.239scope global qg-d48b49e0-aa  inet 172.24.4.228/32 brd 172.24.4.228scope global qg-d48b49e0-aa  inet6 fe80::f816:3eff:fe5c:a2ac/64scope link     valid_lft forever preferred_lftforever
68: qr-c2d7dd02-56: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdiscpfifo_fast state UP qlen 1000  link/ether fa:16:3e:ea:64:6e brdff:ff:ff:ff:ff:ff  inet 10.1.0.1/24 brd 10.1.0.255 scopeglobal qr-c2d7dd02-56  inet6 fe80::f816:3eff:feea:646e/64scope link     valid_lft forever preferred_lftforever　　从图中可以看出qg-d48b49e0-aa,以及 qr-c2d7dd02-56主要是用来连接br-int以及br-ex的
　　通过观察这个路由的路由表，可以看到有一个外部网络的默认gateway指向qg-d48b49e0-aa
# ip netns execqrouter-2d214fde-293c-4d64-8062-797f80ae2d8f ip route172.24.4.224/28 dev qg-d48b49e0-aa  protokernel  scope link  src 172.24.4.22710.1.0.0/24 dev qr-c2d7dd02-56  protokernel  scope link  src 10.1.0.1default via 172.24.4.225 dev qg-d48b49e0-aa　　在路由命名空间中的nat表格主要负责关联实例以及浮动IP,例如当把浮动IP172.24.4.228绑定到实例上后，NAT表看起来应该是下面的样子：
# ip netns execqrouter-2d214fde-293c-4d64-8062-797f80ae2d8f iptables -t nat -S-P PREROUTING ACCEPT-P POSTROUTING ACCEPT-P OUTPUT ACCEPT-N quantum-l3-agent-OUTPUT-N quantum-l3-agent-POSTROUTING-N quantum-l3-agent-PREROUTING-N quantum-l3-agent-float-snat-N quantum-l3-agent-snat-N quantum-postrouting-bottom-A PREROUTING -j quantum-l3-agent-PREROUTING-A POSTROUTING -j quantum-l3-agent-POSTROUTING-A POSTROUTING -j quantum-postrouting-bottom-A OUTPUT -j quantum-l3-agent-OUTPUT-Aquantum-l3-agent-OUTPUT -d 172.24.4.228/32 -j DNAT --to-destination 10.1.0.2-A quantum-l3-agent-POSTROUTING ! -i qg-d48b49e0-aa ! -oqg-d48b49e0-aa -m conntrack ! --ctstate DNAT -j ACCEPT-A quantum-l3-agent-PREROUTING -d 169.254.169.254/32 -p tcp -m tcp --dport 80-j REDIRECT --to-ports 9697-Aquantum-l3-agent-PREROUTING -d 172.24.4.228/32 -j DNAT --to-destination10.1.0.2-A quantum-l3-agent-float-snat -s 10.1.0.2/32 -j SNAT--to-source 172.24.4.228-A quantum-l3-agent-snat -j quantum-l3-agent-float-snat-A quantum-l3-agent-snat -s 10.1.0.0/24 -j SNAT --to-source 172.24.4.227-A quantum-postrouting-bottom -j quantum-l3-agent-snat　　主要使用SNAT以及DNAT的规则来映射浮动IP以及固定IP
-Aquantum-l3-agent-OUTPUT -d 172.24.4.228/32 -j DNAT --to-destination 10.1.0.2-A quantum-l3-agent-PREROUTING -d 172.24.4.228/32 -j DNAT --to-destination10.1.0.2-A quantum-l3-agent-float-snat -s 10.1.0.2/32 -j SNAT--to-source 172.24.4.228　　下面的这条规则主要表示所有outbound的流量都会被NAT从私有网络转换成172.24.4.227，这条规则允许即使实例没有浮动Ip也可以有outbound的连接性
-Aquantum-l3-agent-snat -s 10.1.0.0/24 -j SNAT --to-source 172.24.4.227网络节点:外部流量 (K,L)
　　br-int通过qr设备借助Linux网络命名空间qrouter连通br-ex上的qg设备，将数据包交付到OVS网桥br-ex上.
　　接下来流量的走向主要依赖于本地的配置
NAT to host address
　　如果将public网络的gateway赋到br-ex上：
# ip addr add 172.24.4.225/28 devbr-ex　　然后你可以创建forwarding以及NAT的规则，这些规则会引起外部流量从实例重新写到网络控制器的IP地址，然后发出去
#iptables -A FORWARD -d 172.24.4.224/28 -j ACCEPT# iptables -A FORWARD -s 172.24.4.224/28 -j ACCEPT# iptables -t nat -I POSTROUTING 1 -s 172.24.4.224/28 -j MASQUERADEDirect network connection
　　如果你有一个对于公共网络而言作为gateway的外部路由，你可以在br-ex上添加一个接口。例如eth2是在同一个网络中，地址是172.24.4.225
#ovs-vsctl add-port br-ex eth2