整合VMware与OpenStack — NSX网络驱动的原理和应用

本文探讨了VMware Neutron NSX Driver在OpenStack环境中的工作原理,涉及不同计算节点间虚拟机的通信,包括同一子网和不同子网的情况。内容涵盖NSX的数据平面、控制平面和管理平面,以及NSX在网络虚拟化中的三种形式:NSX-V、NSX-MH和NSX-T。这是《整合VMware与OpenStack》系列的第四篇,下篇将总结并讨论如何构建二者的共生环境。

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【前导文章】

《水乳交融:论VMware与OpenStack的整合—(1)》(点击可打开)
《整合VMware与OpenStack—镜像驱动的实现原理》(点击可打开)
《整合VMware与OpenStack — 块存储驱动的应用》(点击可打开)

【特别说明】

        本文中的原理图皆为作者所绘制的高清图(除了申明是引用的情形),但由于受限于手机屏幕,展现为缩小了的图形。如果要查看相关细节,可以轻点图片将其放大后再查看,也可以将图片下载到PC上再查看。


一、工作原理

       使用VMware Neutron NSX Driver(Plugin),OpenStack的网络组件能与既有的VMware vCenter部署环境相整合。将NSX driver安装在OpenStack的Network Node上,NSX Driver可使NSX controller能够集中化地管理网络设置信息,并且将之推送到被管理的Network Node上。当Network Node作为Hypervisor而被添加到NSX Controller时,它们会被NSX Controller所管理。

       在位于不同计算节点(Compute Node)之上的虚拟机(处于不同子网)之间需要通讯时,VMware Neutron NSX Driver的工作原理图如下所示:


        对位于不同计算节点(Compute Node)之上的虚拟机之间的通讯,也可分为两种情形进行讨论:一种是当这些虚拟机处于相同子网时,另一种是当这些虚拟机处于不同子网时。下图(申明:此图引用自Red Hat官网)对这两种情形都进行了图形化的描述,研读此图,有助于对VMware Neutron NSX Driver的工作原理作更为全面的了解。



二、应用逻辑架构

       VMware Neutron NSX Driver的应用逻辑架构大致分为数据平面(Data Plane,指NSX虚拟交换机和NSX网关服务)、控制平面(Controll Plane,指NSX Controller)、管理平面(Management Plane,指NSX Manager),具体地,如下图所示:

       如上图所示,NSX Controller控制之下的网络虚拟化又分三种,即:vSphere环境下的NSX(NSX-V,V即vphere)、多虚拟化环境下的NSX(NSX-MH,MH即Multi-Hypervisor;NSX-T,T即Transformers)

       NSX-T是VMware于2016年5月推出的产品,用于替代NSX-MH产品。NSX-T产品专注于在不受VMware软件控制的开源和云计算原生环境(比如,使用KVM的OpenStack环境)中提供虚拟网络功能。2017年2月,NSX-T 1.1版本发布,提供了对OpenStack最新版本Newton和Mitaka的支持,还支持包括Docker、Kubernetes和Mesosphere在内的各类容器架构,并且可通过容器网络接口(CNI,Container Network Interface)插件去使用NSX-T和容器。
        在NSX-MH架构中,服务器虚拟化平台(即:底层虚拟化平台)可以同时包含:Xen、KVM和ESXi这3种流行的平台,而在NSX-T架构中,还能支持第4种虚拟化平台:微软的Hyper-V(尽管Hyper-V 2016已经支持Open vSwitch,但是,目前的NSX-V和NSX-MH版本均不支持Hyper-V)
       然而,无论是NSX-V、NSX-MH还是NSX-T,其基本的应用逻辑架构都是一样的,差异之处仅为数据平面中的相关组件有所不同,即:在NSX-V中,虚拟交换机为vSphere分布式交换机(即vSphere Distributed Switch),而在NSX-MH和NSX-T中,虚拟交换机则是OVS(即Open vSwitch)。

        本文为《整合VMware与OpenStack》系列文章的第四篇。这一系列文章的下一篇(也是最后一篇),将总结前四篇文章中所讨论的部署于OpenStack环境之中的VMware driver,进而对如何构建VMware与OpenStack的共生环境进行简要分析和讨论。


VMware NSX-T Reference Design Guide Table of Contents 1 Introduction 4 1.1 How to Use This Document 4 1.2 Networking and Security Today 5 1.3 NSX-T Architecture Value and Scope 5 2 NSX-T Architecture Components 11 2.1 Management Plane 11 2.2 Control Plane 12 2.3 Data Plane 12 3 NSX-T Logical Switching 13 3.1 The N-VDS 13 3.1.1 Uplink vs. pNIC 13 3.1.2 Teaming Policy 14 3.1.3 Uplink Profile 14 3.1.4 Transport Zones, Host Switch Name 16 3.2 Logical Switching 17 3.2.1 Overlay Backed Logical Switches 17 3.2.2 Flooded Traffic 18 3.2.2.1 Head-End Replication Mode 19 3.2.2.2 Two-tier Hierarchical Mode 19 3.2.3 Unicast Traffic 21 3.2.4 Data Plane Learning 22 3.2.5 Tables Maintained by the NSX-T Controller 23 3.2.5.1 MAC Address to TEP Tables 23 3.2.5.2 ARP Tables 23 3.2.6 Overlay Encapsulation 25 4 NSX-T Logical Routing 26 4.1 Logical Router Components 27 4.1.1 Distributed Router (DR) 27 4.1.2 Services Router 32 4.2 Two-Tier Routing 36 VMware NSX-T Reference Design Guide 2 4.2.1 Interface Types on Tier-1 and Tier-0 Logical Routers 37 4.2.2 Route Types on Tier-1 and Tier-0 Logical Routers 38 4.2.3 Fully Distributed Two Tier Routing 39 4.3 Edge Node 41 4.3.1 Bare Metal Edge 42 4.3.2 VM Form Factor 46 4.3.3 Edge Cluster 48 4.4 Routing Capabilities 49 4.4.1 Static Routing 49 4.4.2 Dynamic Routing 50 4.5 Services High Availability 53 4.5.1 Active/Active 53 4.5.2 Active/Standby 54 4.6 Other Network Services 56 4.6.1 Network Address Translation 56 4.6.2 DHCP Services 56 4.6.3 Metadata Proxy Service 57 4.6.4 Edge Firewall Service 57 4.7 Topology Consideration 57 4.7.1 Supported Topologies 57 4.7.2 Unsupported Topologies 59 5 NSX-T Security 60 5.1 NSX-T Security Use Cases 60 5.2 NSX-T DFW Architecture and Components 62 5.2.1 Management Plane 62 5.2.2 Control Plane 62 5.2.3 Data Plane 63 5.3 NSX-T Data Plane Implementation - ESXi vs. KVM Hosts 63 5.3.1 ESXi Hosts- Data Plane Components 64 5.3.2 KVM Hosts- Data Plane Components 64 5.3.3 NSX-T DFW Policy Lookup and Pa
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