问题导读
1.VXLAN 模式下，网络的架构跟 GRE 模式类似，他们的不同点在什么地方？
2.网络节点的作用是什么？
3.tap-xxx、qr-xxx是指什么？
接上篇：深入理解 Neutron -- OpenStack 网络实现（2）：VLAN 模式
VXLAN 模式下，网络的架构跟 GRE 模式类似，所不同的是，不同节点之间通过 VXLAN 隧道互通，即虚拟化层是采用的 VXLAN 协议。
基本结构如下图所示。
<ignore_js_op>
其中，节点网络配置如下所示，注意数据网络接口需要 IP 地址，因为是隧道协议需要底下的三层转发支持。
控制节点
- eth0: 9.186.100.77/24 作为管理网络（同时也是公共网络）。
- eth1: 10.0.100.77/24 作为数据网络接口。
计算节点
- eth0: 9.186.100.88/24 作为管理网络（同时也是公共网络）。
- eth1: 10.0.100.88/24 作为数据网络接口。
计算节点
计算节点上运行着虚拟机。如果不启用 DVR 特性，则所有的网络相关的服务，都在网络节点上进行。即计算节点上的网络只需要实现二层转发即可。
br-int
集成网桥 br-int 规则比较简单，作为一个正常的二层交换机使用。无论下面虚拟化层是哪种技术实现，集成网桥是看不到的，只知道根据 vlan 和 mac 进行转发。
所连接接口除了从安全网桥过来的 qvo-xxx（每个虚拟机会有一个），就是一个往外的 patch-tun 接口，连接到 br-tun 网桥。
其中，qvo-xxx 接口上会为每个网络分配一个内部 vlan 号，比如这里是同一个网络启动了两台虚机，所以 tag 都为 1。
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08 |
Interface "qvoc4493802-43" |
12 |
options: {peer=patch-int} |
15 |
Interface "qvof47c62b0-db" |
转发规则表 0 中是对所有包进行 NORMAL，表 23 中是所有包直接丢弃（是否后面将安全组规则在这里实现？）。
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01 |
$ sudo ovs-ofctl dump-flows br-int |
02 |
NXST_FLOW reply (xid=0x4): |
03 |
cookie=0x0, duration=52889.682s, table=0, n_packets=161, n_bytes=39290, idle_age=13, priority=1 actions=NORMAL |
04 |
cookie=0x0, duration=52889.451s, table=23, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=52889, priority=0 actions=drop |
br-tun
br-tun 作为虚拟化层网桥，规则就要复杂一些。 要将内部过来的网包进行合理甄别，内部带着正确 vlan tag 过来的，从正确的 tunnel 扔出去；外面带着正确 tunnel 号过来的，要改到对应的内部 vlan tag 扔到里面。
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04 |
Interface "vxlan-0a00644d" |
06 |
options: {df_default="true", in_key=flow, local_ip="10.0.100.88", out_key=flow, remote_ip="10.0.100.77"} |
10 |
options: {peer=patch-tun} |
其中，端口 br-tun 是内部端口，vxlan-0a00644d 这样的端口是向其它节点发包时候的 VXLAN 隧道端点，patch-int 端口通过一条管道连接到 br-int 上的 patch-tun 端口。
正常情况下，虚拟机的流量经过 br-int 转发，经过 patch-tun 端口，抵达 patch-int 端口，从而到达 br-tun 网桥，该网桥根据自身规则将合适的网包经过 VXLAN 隧道送出去。
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01 |
$ sudo ovs-ofctl dump-flows br-tun |
02 |
NXST_FLOW reply (xid=0x4): |
03 |
cookie=0x0, duration=329.194s, table=0, n_packets=31, n_bytes=2906, idle_age=29, priority=1,in_port=1 actions=resubmit(,2) |
04 |
cookie=0x0, duration=325.847s, table=0, n_packets=14, n_bytes=1591, idle_age=33, priority=1,in_port=2 actions=resubmit(,4) |
05 |
cookie=0x0, duration=328.954s, table=0, n_packets=6, n_bytes=480, idle_age=321, priority=0 actions=drop |
06 |
cookie=0x0, duration=328.712s, table=2, n_packets=9, n_bytes=694, idle_age=33, priority=0,dl_dst=00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=resubmit(,20) |
07 |
cookie=0x0, duration=328.465s, table=2, n_packets=22, n_bytes=2212, idle_age=29, priority=0,dl_dst=01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=resubmit(,22) |
08 |
cookie=0x0, duration=328.223s, table=3, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=328, priority=0 actions=drop |
09 |
cookie=0x0, duration=50.703s, table=4, n_packets=12, n_bytes=1451, idle_age=33, priority=1,tun_id=0x3e9 actions=mod_vlan_vid:1,resubmit(,10) |
10 |
cookie=0x0, duration=327.979s, table=4, n_packets=2, n_bytes=140, idle_age=94, priority=0 actions=drop |
11 |
cookie=0x0, duration=327.742s, table=10, n_packets=12, n_bytes=1451, idle_age=33, priority=1 actions=learn(table=20,hard_timeout=300,priority=1,NXM_OF_VLAN_TCI[0..11],NXM_OF_ETH_DST[]=NXM_OF_ETH_SRC[],load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[],output:NXM_OF_IN_PORT[]),output:1 |
12 |
cookie=0x0, duration=38.551s, table=20, n_packets=9, n_bytes=694, hard_timeout=300, idle_age=33, hard_age=33, priority=1,vlan_tci=0x0001/0x0fff,dl_dst=fa:16:3e:83:95:fa actions=load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:0x3e9->NXM_NX_TUN_ID[],output:2 |
13 |
cookie=0x0, duration=327.504s, table=20, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=327, priority=0 actions=resubmit(,22) |
14 |
cookie=0x0, duration=50.94s, table=22, n_packets=11, n_bytes=1334, idle_age=29, dl_vlan=1 actions=strip_vlan,set_tunnel:0x3e9,output:2 |
15 |
cookie=0x0, duration=327.261s, table=22, n_packets=10, n_bytes=808, idle_age=51, priority=0 actions=drop |
这些规则组成如下图所示的转发逻辑。
<ignore_js_op>
表 0
先看 table0 中的规则
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01 |
cookie=0x0, duration=329.194s, table=0, n_packets=31, n_bytes=2906, idle_age=29, priority=1,in_port=1 actions=resubmit(,2) |
02 |
cookie=0x0, duration=325.847s, table=0, n_packets=14, n_bytes=1591, idle_age=33, priority=1,in_port=2 actions=resubmit(,4) |
03 |
cookie=0x0, duration=328.954s, table=0, n_packets=6, n_bytes=480, idle_age=321, priority=0 actions=drop |
从 1 端口（patch-int）进来的网包，扔给表 2 处理，从 2 端口（vxlan-0a00644d）进来的网包，扔给表 4 处理。即一个处理来自内部 vm 的，一个处理来自外面的 vxlan 隧道的。
表 2
对于内部包，表 2 中规则为
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01 |
cookie=0x0, duration=53316.397s, table=2, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=53316, priority=0,dl_dst=00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=resubmit(,20) |
02 |
cookie=0x0, duration=53316.162s, table=2, n_packets=161, n_bytes=39562, idle_age=422, priority=0,dl_dst=01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=resubmit(,22) |
即里面过来的单播包，扔给表 20 处理；多播和广播包，扔给表 22 处理。
表 3
丢弃所有包。
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01 |
cookie=0x0, duration=328.223s, table=3, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=328, priority=0 actions=drop |
表 4
对于外部来的数据，表 4 中规则为
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01 |
cookie=0x0, duration=50.703s, table=4, n_packets=12, n_bytes=1451, idle_age=33, priority=1,tun_id=0x3e9 actions=mod_vlan_vid:1,resubmit(,10) |
02 |
cookie=0x0, duration=327.979s, table=4, n_packets=2, n_bytes=140, idle_age=94, priority=0 actions=drop |
匹配给定的 tunnel 号，添加对应的 vlan 号，扔给表 10 去学习一下后扔到 br-int 网桥。
表 10
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01 |
cookie=0x0, duration=327.742s, table=10, n_packets=12, n_bytes=1451, idle_age=33, priority=1 actions=learn(table=20,hard_timeout=300,priority=1,NXM_OF_VLAN_TCI[0..11],NXM_OF_ETH_DST[]=NXM_OF_ETH_SRC[],load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[],output:NXM_OF_IN_PORT[]),output:1 |
主要作用是学习外部（从 tunnel）进来的包，往表 20 中添加对返程包的正常转发规则，并且从 patch-int 扔给 br-int。
使用了 openvswitch 的 learn 动作。该动作能根据处理的流来动态修改其它表中的规则。
具体来看 learn 规则。
- table=20 说明是修改表 20 中的规则，后面是添加的规则内容；
- NXM_OF_VLAN_TCI[0..11]，匹配跟当前流同样的 VLAN 头，其中 NXM 是 Nicira Extensible Match 的缩写；
- NXM_OF_ETH_DST[]=NXM_OF_ETH_SRC[]，包的目的 mac 跟当前流的源 mac 匹配；
- load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[]，将 vlan 号改为 0；
- load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[]，将 tunnel 号修改为当前的 tunnel 号；
- output:NXM_OF_IN_PORT[]，从当前入口发出。
表 20
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01 |
cookie=0x0, duration=38.551s, table=20, n_packets=9, n_bytes=694, hard_timeout=300, idle_age=33, hard_age=33, priority=1,vlan_tci=0x0001/0x0fff,dl_dst=fa:16:3e:83:95:fa actions=load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:0x3e9->NXM_NX_TUN_ID[],output:2 |
02 |
cookie=0x0, duration=327.504s, table=20, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=327, priority=0 actions=resubmit(,22) |
其中，第一条规则就是表 10 学习来的结果。对于 vlan 号为 1，目标 mac 是 fa:16:3e:83:95:fa（之前，我们从虚拟机内 ping 10.0.0.1，这个 mac 作为源 mac 从 tunnel 来过）的网包，去掉 vlan 号，添加当时的 vxlan 号，并从 tunnel 发出。
对于没学习到规则的网包，则扔给表 22 处理。
表 22
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01 |
cookie=0x0, duration=50.94s, table=22, n_packets=11, n_bytes=1334, idle_age=29, dl_vlan=1 actions=strip_vlan,set_tunnel:0x3e9,output:2 |
02 |
cookie=0x0, duration=327.261s, table=22, n_packets=10, n_bytes=808, idle_age=51, priority=0 actions=drop |
表 22 检查如果 vlan 号正确，则去掉 vlan 头后从 tunnel 扔出去。
网络节点
网络节点担负着进行网络服务的任务，包括DHCP、路由和高级网络服务等。一般包括三个网桥：br-tun、br-int 和 br-ex。
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02 |
49761e8e-031f-4a60-b838-28bb82aac7b7 |
10 |
Interface "qr-694450d6-f6" |
14 |
Interface "tap13685e28-b0" |
19 |
options: {peer=patch-int} |
25 |
Interface "qg-e76de35e-90" |
33 |
Interface "vxlan-0a006458" |
35 |
options: {df_default="true", in_key=flow, local_ip="10.0.100.77", out_key=flow, remote_ip="10.0.100.88"} |
39 |
options: {peer=patch-tun} |
br-tun
跟计算节点类似，br-tun 作为虚拟化层网桥。 要将内部过来的网包进行合理甄别，内部带着正确 vlan tag 过来的，从正确的 tunnel 扔出去；外面带着正确 tunnel 号过来的，要改到对应的内部 vlan tag 扔到里面。
包括两个接口，跟其它接点形成 tunnel 的 vxlan-xxx 端口，以及跟 br-int 互连的 patch-int 端口。
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07 |
Interface "vxlan-0a006458" |
09 |
options: {df_default="true", in_key=flow, local_ip="10.0.100.77", out_key=flow, remote_ip="10.0.100.88"} |
13 |
options: {peer=patch-tun} |
其中，端口 br-tun 是内部端口，vxlan-0a00644d 这样的端口是向其它节点发包时候的 VXLAN 隧道端点，patch-int 端口通过一条管道连接到 br-int 上的 patch-tun 端口。
查看 br-tun 上的转发规则。
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01 |
$ sudo ovs-ofctl dump-flows br-tun |
02 |
NXST_FLOW reply (xid=0x4): |
03 |
cookie=0x0, duration=422.153s, table=0, n_packets=1073, n_bytes=107845, idle_age=96, priority=1,in_port=1 actions=resubmit(,2) |
04 |
cookie=0x0, duration=185.009s, table=0, n_packets=1076, n_bytes=102922, idle_age=96, priority=1,in_port=2 actions=resubmit(,4) |
05 |
cookie=0x0, duration=421.853s, table=0, n_packets=6, n_bytes=480, idle_age=62414, priority=0 actions=drop |
06 |
cookie=0x0, duration=421.552s, table=2, n_packets=1047, n_bytes=105725, idle_age=96, priority=0,dl_dst=00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=resubmit(,20) |
07 |
cookie=0x0, duration=421.252s, table=2, n_packets=26, n_bytes=2120, idle_age=61953, priority=0,dl_dst=01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=resubmit(,22) |
08 |
cookie=0x0, duration=420.939s, table=3, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=62420, priority=0 actions=drop |
09 |
cookie=0x0, duration=394.249s, table=4, n_packets=1076, n_bytes=102922, idle_age=96, priority=1,tun_id=0x3e9 actions=mod_vlan_vid:1,resubmit(,10) |
10 |
cookie=0x0, duration=420.628s, table=4, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=62420, priority=0 actions=drop |
11 |
cookie=0x0, duration=420.304s, table=10, n_packets=1076, n_bytes=102922, idle_age=96, priority=1 actions=learn(table=20,hard_timeout=300,priority=1,NXM_OF_VLAN_TCI[0..11],NXM_OF_ETH_DST[]=NXM_OF_ETH_SRC[],load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[],output:NXM_OF_IN_PORT[]),output:1 |
12 |
cookie=0x0, duration=1314.149s, table=20, n_packets=1006, n_bytes=101338, hard_timeout=300, idle_age=96, hard_age=95, priority=1,vlan_tci=0x0001/0x0fff,dl_dst=fa:16:3e:52:7a:f2 actions=load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:0x3e9->NXM_NX_TUN_ID[],output:2 |
13 |
cookie=0x0, duration=419.977s, table=20, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=62419, priority=0 actions=resubmit(,22) |
14 |
cookie=0x0, duration=184.683s, table=22, n_packets=3, n_bytes=230, idle_age=61953, dl_vlan=1 actions=strip_vlan,set_tunnel:0x3e9,output:2 |
15 |
cookie=0x0, duration=419.668s, table=22, n_packets=23, n_bytes=1890, idle_age=61961, priority=0 actions=drop |
这些规则跟计算节点上的 br-tun 网桥规则类似，组成如下图所示的转发逻辑。
<ignore_js_op>
表 0
先看 table0 中的规则
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01 |
cookie=0x0, duration=422.153s, table=0, n_packets=1073, n_bytes=107845, idle_age=96, priority=1,in_port=1 actions=resubmit(,2) |
02 |
cookie=0x0, duration=185.009s, table=0, n_packets=1076, n_bytes=102922, idle_age=96, priority=1,in_port=2 actions=resubmit(,4) |
03 |
cookie=0x0, duration=421.853s, table=0, n_packets=6, n_bytes=480, idle_age=62414, priority=0 actions=drop |
从 1 端口（patch-int）进来的网包，扔给表 2 处理，从 2 端口（vxlan-0a00644d）进来的网包，扔给表 4 处理。即一个处理来自内部 br-int 的（这上面挂载着所有的网络服务，包括路由、DHCP 等），一个处理来自外面的 VXLAN 隧道的。
表 2
对于内部包，表 2 中规则为
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01 |
cookie=0x0, duration=421.552s, table=2, n_packets=1047, n_bytes=105725, idle_age=96, priority=0,dl_dst=00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=resubmit(,20) |
02 |
cookie=0x0, duration=421.252s, table=2, n_packets=26, n_bytes=2120, idle_age=61953, priority=0,dl_dst=01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 actions=resubmit(,22) |
即里面过来的单播包，扔给表 20 处理；多播和广播包，扔给表 22 处理。
表 3
丢弃所有包。
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01 |
cookie=0x0, duration=420.939s, table=3, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=62420, priority=0 actions=drop |
表 4
对于外部来的数据，表 4 中规则为
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01 |
cookie=0x0, duration=394.249s, table=4, n_packets=1076, n_bytes=102922, idle_age=96, priority=1,tun_id=0x3e9 actions=mod_vlan_vid:1,resubmit(,10) |
02 |
cookie=0x0, duration=420.628s, table=4, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=62420, priority=0 actions=drop |
匹配给定的 tunnel 号，添加对应的 vlan 号，扔给表 10 去学习一下后扔到 br-int 网桥。
表 10
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01 |
cookie=0x0, duration=420.304s, table=10, n_packets=1076, n_bytes=102922, idle_age=96, priority=1 actions=learn(table=20,hard_timeout=300,priority=1,NXM_OF_VLAN_TCI[0..11],NXM_OF_ETH_DST[]=NXM_OF_ETH_SRC[],load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[],output:NXM_OF_IN_PORT[]),output:1 |
主要作用是学习外部（从 tunnel）进来的包，往表 20 中添加对返程包的正常转发规则，并且从 patch-int 扔给 br-int。
使用了 openvswitch 的 learn 动作。该动作能根据处理的流来动态修改其它表中的规则。
具体来看 learn 规则。
- table=20 说明是修改表 20 中的规则，后面是添加的规则内容；
- NXM_OF_VLAN_TCI[0..11]，匹配跟当前流同样的 VLAN 头，其中 NXM 是 Nicira Extensible Match 的缩写；
- NXM_OF_ETH_DST[]=NXM_OF_ETH_SRC[]，包的目的 mac 跟当前流的源 mac 匹配；
- load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[]，将 vlan 号改为 0；
- load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[]，将 tunnel 号修改为当前的 tunnel 号；
- output:NXM_OF_IN_PORT[]，从当前入口发出。
表 20
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01 |
cookie=0x0, duration=1314.149s, table=20, n_packets=1006, n_bytes=101338, hard_timeout=300, idle_age=96, hard_age=95, priority=1,vlan_tci=0x0001/0x0fff,dl_dst=fa:16:3e:52:7a:f2 actions=load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:0x3e9->NXM_NX_TUN_ID[],output:2 |
02 |
cookie=0x0, duration=419.977s, table=20, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=62419, priority=0 actions=resubmit(,22) |
其中，第一条规则就是表 10 学习来的结果。对于 vlan 号为 1，目标 mac 是 fa:16:3e:83:95:fa（之前，我们从虚拟机内 ping 10.0.0.1，这个 mac 作为源 mac 从 tunnel 来过）的网包，去掉 vlan 号，添加当时的 vxlan 号，并从 tunnel 发出。
对于没学习到规则的网包，则扔给表 22 处理。
表 22
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01 |
cookie=0x0, duration=184.683s, table=22, n_packets=3, n_bytes=230, idle_age=61953, dl_vlan=1 actions=strip_vlan,set_tunnel:0x3e9,output:2 |
02 |
cookie=0x0, duration=419.668s, table=22, n_packets=23, n_bytes=1890, idle_age=61961, priority=0 actions=drop |
表 22 检查如果 vlan 号正确，则去掉 vlan 头后从 tunnel 扔出去。
br-int
集成网桥 br-int 规则比较简单，作为一个正常的二层交换机使用。无论下面虚拟化层是哪种技术实现，集成网桥是看不到的，只知道根据 vlan 和 mac 进行转发。
所连接接口包括：
- tap-xxx，连接到网络 DHCP 服务的命名空间；
- qr-xxx，连接到路由服务的命名空间；
- 往外的 patch-tun 接口，连接到 br-tun 网桥。
其中网络服务接口上会绑定内部 vlan 号，每个号对应一个网络。
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08 |
Interface "qr-694450d6-f6" |
12 |
Interface "tap13685e28-b0" |
17 |
options: {peer=patch-int} |
转发规则表 0 中是对所有包进行 NORMAL，表 23 中是所有包直接丢弃（是否后面将安全组规则在这里实现？）。
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01 |
$ sudo ovs-ofctl dump-flows br-int |
02 |
NXST_FLOW reply (xid=0x4): |
03 |
cookie=0x0, duration=52889.682s, table=0, n_packets=161, n_bytes=39290, idle_age=13, priority=1 actions=NORMAL |
04 |
cookie=0x0, duration=52889.451s, table=23, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=52889, priority=0 actions=drop |
br-ex
核心接口有两个。
一个是挂载的物理接口上，如 eth0，网包将从这个接口发送到外部网络上。
另外一个是 qg-xxx 这样的接口，是连接到 router 服务的网络名字空间中，里面绑定一个路由器的外部 IP，作为 nAT 时候的地址，另外，网络中的 floating IP 也放在这个网络名字空间中。
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08 |
Interface "qg-e76de35e-90" |
网桥的规则也很简单，作为一个正常的二层转发设备即可。
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01 |
$ sudo ovs-ofctl dump-flows br-ex |
02 |
NXST_FLOW reply (xid=0x4): |
03 |
cookie=0x0, duration=75072.257s, table=0, n_packets=352212, n_bytes=85641148, idle_age=0, hard_age=65534, priority=0 actions=NORMAL
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原文 http://www.aboutyun.com/thread-13027-1-1.html