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Cable:360 实现的新虚拟网络架构

2019 年 3 月 27 日

Cable:360实现的新虚拟网络架构

前言

OpenStack 架构中,Neutron 作为虚拟网络模块,管理虚机的网络。随着容器技术的发展,越来越多的应用部署到 Kubernetes 等容器编排系统中,而 Kubernetes 也有自带的网络管理模块,如 Flannel,Calico 等。分别维护 OpenStack、Kubernetes 网络模块,不仅增加管理成本,且无法满足虚机和容器网络互通等需求。为了统一管理不同编排系统的网络模块,简化虚拟网络功能的开发流程,虚拟网络工作组实现了新的虚拟网络架构 Cable。


需求背景

目前公司的虚拟网络架构有如下不足:


  • 物理机、虚机和容器网络分开管理,无法达到直接互联互通。

  • Neutron agent 里的 DHCP、metadata 采用集中式服务,健壮性不足。

  • vxlan 实现时需要外部路由器的支持,较为复杂。


新的网络架构需要满足统一管理物理机、虚机和容器网络,实现直接互联互通;简化 Neutron agent,分布式架构实现 DHCP、metadata 等功能;在虚拟网络层面实现 vxlan;提供流量镜像等新功能。


方案实现

为了满足上诉需求,Cable 架构实现了如下两个关键点:


  1. 虚拟数据平面不再基于 OVS,而是采用功能更为丰富虚拟路由器 vrouter.ko。vrouter.ko 是 Juniper 的虚拟网络架构 OpenContrail 中的开源数据模块。相比于 OVS 的简单数据包转发,vrouter.ko 支持虚拟网络路由、vxlan、流表配置安全组、流表配置 nat/snat、流量镜像等功能。丰富的数据平面功能,简化了网络功能模块的开发难度。

  2. 重新自研开发管理平面。管理平面统一管理 OpenStack 和 Kubernetes 网络模块;采用 Kubernetes 里的 watch 方式,主动监控平台资源变化情况,并执行相关操作;分布式实现 DHCP;用 vrouter.ko 中的 flow 功能实现 nat、安全组等。


Cable 的整体框架如图 1 所示。



图 1 Cable 整体框架图


Cable 工作流程如图 2 所示。当用户请求到达 Neutron Server 后,Contrail Neutron Plugin 将请求转发至 Cable 的控制节点(Control Node)。控制节点的 proxy 转换请求发送至 API,API 将接收到的请求发送至相应模块,其中 controller 负责具体的计算和分配工作,IPAM 模块负责网络地址的管理。每台计算节点部署了 Cable agent,通过 Rest API 监听 Control Node 的资源,如监听到资源变化,则调用 vrouter.ko 执行相应请求(添加/删除/修改网络信息)。



图 2 Cable 工作流程


与 OpenStack 兼容

Cable 需要考虑如何与现有的虚拟网络结构兼容,使得 Neutron 能够平滑过渡到新的架构上。所以在保持 Neutron 原有接口不变的基础上,将 Neutron 的 db 替换为 etcd,并将 DHCP-agent,metadata-agent,l3-agent 替换为统一的 cable-agent。将 Neutron 用 Cable 替代后,OpenStack 的相关命令行和 Restful API 都没有变化,实现无缝切换,方便运维管理。



图 3 Cable 替代 Nuetron 后 OpenStack 架构图


总结

新的虚拟网络架构,兼容了不同网络平面,简化了网络功能模块,使得网络更为健壮。目前 Cable 的整体架构已经基本开发完成,实现了 DHCP、metadata 和 VLAN 架构网络,后续将实现安全组、VXLAN 等更多功能,并实现自动化部署,完善监控功能。


本文首发于微信公众号“360 技术“( id: qihoo_tech)


2019 年 3 月 27 日 14:312626

评论 2 条评论

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开源?
2019 年 03 月 31 日 20:52
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这个不错,可以关注下
2019 年 03 月 28 日 17:55
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