Openstack网络模型场景及代码解析
openstack项目的首要任务是简化云的部署过程并为其带来良好的可扩展性。本文将介绍openstack的网络类型以及不同网络类型应用场景分析。
作者：葛长威、章继虎
单位：中国移动智慧家庭运营中心
part 01 ● openstack是什么？ ●
openstack是一个云计算平台，它是由多个组件组合起来，为公有云、私有云和混合云的建设与管理提供软件的开源项目。现在已经有来自100多个国家的数万名个人和200多家企业参与到openstack的开发，如 nasa、华为、谷歌、惠普、intel、ibm、微软等[1]。openstack项目的首要任务是简化云的部署过程并为其带来良好的可扩展性。
part 02 ● openstack能干什么？ ●
openstack可以规划并管理大量虚拟机，从而允许企业或服务提供商按需提供计算资源；openstack可以为云服务或云应用提供所需的对象及块存储资源。为了解决传统的网络管理技术无法真正的实现高扩展、高自动化地管理下一代网络，openstack 提供了插件式、可扩展、api 驱动型的网络及ip管理功能。
part 03 ● openstack支持几种网络类型 ●
openstack网络类型主要分为两种：provider networks、和self-service networks，其中self-service比provider多了一个三层路由功能组件（networking l3 agent）[2][3]，该组件负责实现网络三层协议，为虚拟机完成snat、dnat等地址的转换与伪装，提供安全弹性隔离的云网络环境。
- provider network
provider网络就是常说的桥接网络，虚拟机内部网络通过bridge的方式直接桥接到宿主机的某张物理网卡上，从而实现虚拟机可以正常的访问外部网络，同时虚拟机外部网络也可以访问虚拟机的内部网络。
- self-service networks
self-service网络通过在虚拟机和宿主机之间建立虚拟路由器，在虚拟机内部可以是一个私有地址连接至虚拟路由器的一个接口上，而虚拟路由器的另外一端通过网桥桥接到宿主机的某一张物理网卡；所以self-service网络很好的隐藏了虚拟机的地址，它能够实现虚拟机访问外部网络，而外网用户是不能够直接访问虚拟机的；为了实现从虚拟机外部网络访问虚拟机，可以对虚拟机和外部的网络做一对一nat绑定或者进行端口映射[2][4]。总之provider网络具备的能力，self-service一般都具备，并在此基础上还兼具高度的自定义内部网络功能。
part 04 ● 不同网络类型应用场景 ●
provider应用场景
provider networks拓扑中，虚拟机网口直接桥接在物理机网卡上，并且直接使用外部网络分配的ip地址，该网络类型尽可能减少了对openstack内部网络组件的依赖，主要利用外部网络基础设施，相对self-service networs不仅稳定性更强，同时引入内部网络处理时延更小；由于网络拓扑相对简单，因此适用于对网络特性要求不高的场景。
self-service应用场景
self-service网络拓扑中，虚拟机不是直接桥接在物理网卡上，自身具备一个私有网络，该私有网络通过虚拟路由器与物理网卡相连，网络拓扑结构相对复杂，相较provider直接桥接在物理网卡，self-service网络引入虚拟路由器，会引入一定的处理时延；由于网络拓扑相对复杂，灵活性较强，因此适用于对网络特性有一定要求的场景。
part 05 ● openstack快速入门 ●
openstack本身部署设计开源组件较多，为了降低用户和开发人员部署难度，社区提供了一个一键快速部署环境devstack。devstack是openstack开发版，通过自动化脚本，可以快速完成云计算系统环境的快速搭建和功能验证。
5.1 环境准备
当前devstack[5]基于ubuntu22.04进行了严苛测试，建议基于vmware创建ubuntu22.04虚拟机，详细配置如下：
虚拟机系统 ubuntu 22.04ram 至少8gb 硬盘 至少50gb网卡 建议两张：一个nat、一个桥接（nat:eth0 192.168.1.2， 桥接：eth2 192.168.2.2）
5.2 环境部署
(1)添加用户
sudo useradd -s /bin/bash -d /opt/stack -m stack
(2)添加执行权限
sudo chmod +x /opt/stack
(3)添加sudo权限
echo stack all=(all) nopasswd: all | sudo tee /etc/sudoers.d/stack
sudo -u stack -i
(4)下载devstack
git clone
https://opendev.org/openstack/devstack
cd devstack
(5)创建配置文件
vim local.conf
[[local|localrc]]host_ip=192.168.2.2service_host=192.168.2.2mysql_host=192.168.2.2rabbit_host=192.168.2.2glance_hostport=192.168.2.2:9292admin_password=secretdatabase_password=secretrabbit_password=secretservice_password=secret## neutron optionsq_use_secgroup=truefloating_range=192.168.1.0/24q_floating_allocation_pool=start=192.168.1.200,end=192.168.1.220public_network_gateway=192.168.1.1public_interface=eth0# open vswitch provider networking configurationq_use_providernet_for_public=trueovs_physical_bridge=br-expublic_bridge=br-exovs_bridge_mappings=public:br-ex
(6)开始安装
./stack.sh
part 06 ● 总结 ●
总的来说，openstack网络类型分为provider和self-service两种类型，针对不同的网络场景，选择对应的部署方式：如云电脑、云桌面等网络拓扑相对固定，可以选择provider网络类型，但是需要注意provider对部署的基础设施和机房网络环境有一定要求；针对私有云、公有云等复杂业务场景可以选择self-service网络类型，以便满足云内部复杂的网络需求。
参考资料
[1]华为ip知识百科：什么是openstack,华为ip知识百科官网，2021年10月9日，https://info.support.huawei.com/info-finder/encyclopedia/zh/openstack.html
[2]cnblog平台:云计算管理平台之openstack网络服务neutron,2020年10月31日https://www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/13904845.html
[3]openstack官方安装文档：provider network 网络介绍, openstack官网，2023年1 月14日，https://docs.openstack.org/install-guide/launch-instance-networks-provider.html
[4]openstack官方安装文档：provider network 网络介绍, openstack官网，2023年1 月14日，https://docs.openstack.org/neutron/pike/admin/deploy-lb-selfservice.html
[5]openstack官方安装文档：provider network 网络介绍, openstack官网，2023年1 月12日，https://docs.openstack.org/devstack/latest/
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openstack是一个云计算平台，它是由多个组件组合起来，为公有云、私有云和混合云的建设与管理提供软件的开源项目。现在已经有来自100多个国家的数万名个人和200多家企业参与到openstack的开发，如 nasa、华为、谷歌、惠普、intel、ibm、微软等[1]。openstack项目的首要任务是简化云的部署过程并为其带来良好的可扩展性。
part 02 ● openstack能干什么？ ●
openstack可以规划并管理大量虚拟机，从而允许企业或服务提供商按需提供计算资源；openstack可以为云服务或云应用提供所需的对象及块存储资源。为了解决传统的网络管理技术无法真正的实现高扩展、高自动化地管理下一代网络，openstack 提供了插件式、可扩展、api 驱动型的网络及ip管理功能。
part 03 ● openstack支持几种网络类型 ●
openstack网络类型主要分为两种：provider networks、和self-service networks，其中self-service比provider多了一个三层路由功能组件（networking l3 agent）[2][3]，该组件负责实现网络三层协议，为虚拟机完成snat、dnat等地址的转换与伪装，提供安全弹性隔离的云网络环境。
- provider network
provider网络就是常说的桥接网络，虚拟机内部网络通过bridge的方式直接桥接到宿主机的某张物理网卡上，从而实现虚拟机可以正常的访问外部网络，同时虚拟机外部网络也可以访问虚拟机的内部网络。
- self-service networks
self-service网络通过在虚拟机和宿主机之间建立虚拟路由器，在虚拟机内部可以是一个私有地址连接至虚拟路由器的一个接口上，而虚拟路由器的另外一端通过网桥桥接到宿主机的某一张物理网卡；所以self-service网络很好的隐藏了虚拟机的地址，它能够实现虚拟机访问外部网络，而外网用户是不能够直接访问虚拟机的；为了实现从虚拟机外部网络访问虚拟机，可以对虚拟机和外部的网络做一对一nat绑定或者进行端口映射[2][4]。总之provider网络具备的能力，self-service一般都具备，并在此基础上还兼具高度的自定义内部网络功能。
part 04 ● 不同网络类型应用场景 ●
provider应用场景
provider networks拓扑中，虚拟机网口直接桥接在物理机网卡上，并且直接使用外部网络分配的ip地址，该网络类型尽可能减少了对openstack内部网络组件的依赖，主要利用外部网络基础设施，相对self-service networs不仅稳定性更强，同时引入内部网络处理时延更小；由于网络拓扑相对简单，因此适用于对网络特性要求不高的场景。
self-service应用场景
self-service网络拓扑中，虚拟机不是直接桥接在物理网卡上，自身具备一个私有网络，该私有网络通过虚拟路由器与物理网卡相连，网络拓扑结构相对复杂，相较provider直接桥接在物理网卡，self-service网络引入虚拟路由器，会引入一定的处理时延；由于网络拓扑相对复杂，灵活性较强，因此适用于对网络特性有一定要求的场景。
part 05 ● openstack快速入门 ●
openstack本身部署设计开源组件较多，为了降低用户和开发人员部署难度，社区提供了一个一键快速部署环境devstack。devstack是openstack开发版，通过自动化脚本，可以快速完成云计算系统环境的快速搭建和功能验证。
5.1 环境准备
当前devstack[5]基于ubuntu22.04进行了严苛测试，建议基于vmware创建ubuntu22.04虚拟机，详细配置如下：
虚拟机系统 ubuntu 22.04ram 至少8gb 硬盘 至少50gb网卡 建议两张：一个nat、一个桥接（nat:eth0 192.168.1.2， 桥接：eth2 192.168.2.2）
5.2 环境部署
(1)添加用户
sudo useradd -s /bin/bash -d /opt/stack -m stack
(2)添加执行权限
sudo chmod +x /opt/stack
(3)添加sudo权限
echo stack all=(all) nopasswd: all | sudo tee /etc/sudoers.d/stack
sudo -u stack -i
(4)下载devstack
git clone
https://opendev.org/openstack/devstack
cd devstack
(5)创建配置文件
vim local.conf
[[local|localrc]]host_ip=192.168.2.2service_host=192.168.2.2mysql_host=192.168.2.2rabbit_host=192.168.2.2glance_hostport=192.168.2.2:9292admin_password=secretdatabase_password=secretrabbit_password=secretservice_password=secret## neutron optionsq_use_secgroup=truefloating_range=192.168.1.0/24q_floating_allocation_pool=start=192.168.1.200,end=192.168.1.220public_network_gateway=192.168.1.1public_interface=eth0# open vswitch provider networking configurationq_use_providernet_for_public=trueovs_physical_bridge=br-expublic_bridge=br-exovs_bridge_mappings=public:br-ex
(6)开始安装
./stack.sh
part 06 ● 总结 ●
总的来说，openstack网络类型分为provider和self-service两种类型，针对不同的网络场景，选择对应的部署方式：如云电脑、云桌面等网络拓扑相对固定，可以选择provider网络类型，但是需要注意provider对部署的基础设施和机房网络环境有一定要求；针对私有云、公有云等复杂业务场景可以选择self-service网络类型，以便满足云内部复杂的网络需求。
参考资料
[1]华为ip知识百科：什么是openstack,华为ip知识百科官网，2021年10月9日，https://info.support.huawei.com/info-finder/encyclopedia/zh/openstack.html
[2]cnblog平台:云计算管理平台之openstack网络服务neutron,2020年10月31日https://www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/13904845.html
[3]openstack官方安装文档：provider network 网络介绍, openstack官网，2023年1 月14日，https://docs.openstack.org/install-guide/launch-instance-networks-provider.html
[4]openstack官方安装文档：provider network 网络介绍, openstack官网，2023年1 月14日，https://docs.openstack.org/neutron/pike/admin/deploy-lb-selfservice.html
[5]openstack官方安装文档：provider network 网络介绍, openstack官网，2023年1 月12日，https://docs.openstack.org/devstack/latest/
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