非网络专业人士再谈SDN--KVM虚拟网络的规划与设计

从Gartner分析报告谈起

根据Gartner的《Gartner2016年度新兴技术成熟度曲线》，目前SDx目前处于期望膨胀期的末期，也标志着此类技术基本已经成熟状态。软件定义一切（SDx）是市场上一系列技术的总称，包含了通过自动化云计算、开发运营（DevOp），以及快速基础设施配置的驱动，为基础设施可编程性和数据中心互用性改进标准。用“软件定义”一词的潮流源自软件定义网络（SDN），它能将大量不同的个人设备中分散的网络逻辑和政策集成一个软件。由于SDN将软硬件分开，因此可能分离了购买决策，并且允许采用通用硬件，这是其最具颠覆性的特点。

由SDx衍生出的软件定义数据中心（SDDC）概念，在近两年基本落地。在SDDC的架构中，三大支柱是：软件定义的计算、软件定义的存储、软件定义的网络。软件定义的计算，顾名思义，就是虚拟化方案，如RHEV、vSphere等。软件定义的存储，如Gluster、Ceph等。软件定义的网络，有OpenStack的Neutron、NSX、Cisco ACI等。NFV是电信行业的特殊场景，应该说NFV是建立在SDN之上的。

在虚拟化、SDS和SDN中，SDN是最为复杂的。落地起来也是最慢的。今天，我们来谈一谈开源的SDN方案。

开源界的SDN

谈SDN，一般有三个平面：数据平面、控制平面和管理平面。在开源的架构里，这三个平面分别是什么呢？

虚拟网络是SDN的基础，而虚拟网络与虚拟化是密不可分的，很多朋友对vSphere的虚拟化比较熟悉。其中VSS是虚拟标准交换机、VDS是虚拟分布式交换机。在VDS和VSS上，通过端口组（portgroup）来区分不同的vLAN。如果虚拟机有不同的vLAN，那么VSS/VDS所对应的上行端口（uplink）就需要所连接的物理交换机端口，就需要设置trunk，并且允许对应的vLAN通过，这是vSphere里的概念，接下来我们看看开源的方案。

Linux Bridge与Open vSwitch

在开源界，虚拟网络默认使用Linux Bridge，后来随着Open vSwitch的兴起，目前RHEL既可以使用Linux Bridge，也可以使用OVS。

OVS可以简单理解成运行在虚拟化平台（例如 KVM，Xen）上的虚拟交换机。在虚拟化平台上，OVS 可以为动态变化的端点提供 2 层交换功能，很好的控制虚拟网络中的访问策略、网络隔离、流量监控等等。OVS 遵循 Apache2.0 许可证, 能同时支持多种标准的管理接口和协议。OVS 也提供了对 OpenFlow协议的支持，用户可以使用任何支持 OpenFlow 协议的控制器对 OVS 进行远程管理控制。

说起OVS，不得不说起Nicira。笔者此前写过一篇文章《非网络专业人士看NSX--浅谈NSX架构和ARP压制》，该文章中谈到的NSX，就是Nicira Networks公司发明的。从这个意义上讲，OVS和VDS系出同源，就像《倚天屠龙记》里峨眉派和少林派的九阳真经。上图是OVS架构，下图是vSphere的VDS架构。

截止到目前，我们可以这样认为，OVS是开源SDN的数据平面。从对比的角度，可以把Linux Bridge理解成vSphere中的VSS，而将OpenVSwitch理解成vSphere中的VDS。而开源SDN的控制层面/管理平面可以由Neutron担任。

Neutron

接下来我们谈谈控制平面。谈SDN，不能不谈的是OpenStack的Neutron模块。

Neuron（网络服务的代号）可用于使用 SDN 优化 IaaS。通过利用 OpenFlow 等 SDN 技术，网络管理员可以实现较高的多租户水平，以及一个网络设备到另一个设备的大规模数据移动。（OpenFlow 是一个开源标准、通信协议，提供了对网络交换机或路由器的转发平面的网络访问，使得远程控制器可以通过交换机网络确定网络包的路径。）

Neutron以Quantum技术为基础，后者则源自Nicira的开发项目。随着Nicira被VMware所收购，该公司的员工们也在新环境下继续对这项技术开展研发。也就是说，Neutron和Nicira也是有点血缘关系。

OpenDaylight

关于开源SDN方案，另外一个重要的项目OpenDaylight非常重要。

OpenDaylight是一套以社区为主导的开源框架，旨在推动创新实施以及软件定义网络（简称SDN）透明化。OpenDayLight由 18 个公司共同创立，这些公司包括 Cisco、Dell、Juniper、IBM 和 Intel；该项目现在已有 36 个成员，Redhat也是其中的成员。

(https://www.linuxfoundation.org/news-media/announcements/2013/04/industry-leaders-collaborate-opendaylight-project-donate-key）

OpenDayLight架构如下：

由于篇幅有限，并且ODL比较复杂，本文先不对它展开介绍。目前，在ROD开源项目中，目前ODL已经可以与Neutron对接。（https://wiki.opendaylight.org/view/OpenStack_and_OpenDaylight）

整体而言，在开源的SDN方案里，OVS作为数据平面，而Neutron可以作为控制平面和管理平面而存在（OVS的管理平面可以通过命令行实现，也可以在Openstack的界面实现，部分功能也可以在RHEV-M上实现，后续会进行介绍）。

RHEV的虚拟网络

RHEV是基于KVM的红帽企业级虚拟化。分为RHEV-M和RHEV-H，前者是管理平台，后者是Hypervisor。RHEV默认使用的虚拟网络是网桥。在新版本的RHEV4.0中可以对接Neutron的OVS。

我们先看看默认的Linux Brdige：在RHEVM上有一个虚拟网桥，名称是ovirtmgmt，它是默认的管理网络：

编辑该逻辑网络，可以设置逻辑网络承载的功能。

此处的设置，类似于vSphere中的创建网络时的设置，如下图：

我总结一下两种虚拟化技术逻辑网络功能对比。

其中，RHEV的网络多了一项“显示网络”。指的是虚拟机console显示流量走的网络。vSphere中未单独划分。此外，RHEV中没有FT功能，因此，没有FT网络。

如果想在RHEV中添加逻辑网络，设置另外，步骤如下：

将新建的逻辑网络Vlan1拖拽过去,与一个UpLink对接起来：

登录到RHEVH节点上，也可以看到该网桥配置：

RHEV对接OVS

接下来，我们看一下如何将RHEV与OVS对接。

在Manager界面，选择外部供应商：

可以看到几个可选项：

选择OVS：

输入相关信息：

添加完毕以后，在RHEVM中再添加host的时候，就可以选择上一步添加的OVS了：

除此之外，还可以通过RHEV-M添加Neutron下面的逻辑网络：

填写网络信息：

创建成功以后，可以在openstack上查看通过RHEVM创建的逻辑网络：

RHEV网络的高可用

本小节只讨论使用网桥的高可用。

在默认情况下，虚拟网桥是这样的，也就是一个Uplink对应一个网桥，这个网桥连接多个虚拟机：

我们可以在物理网卡上设置vLAN，然后通过这个物理网卡创建的网桥属于这个vLAN：

为了高可用，可以把两个物理网卡绑定成一个虚拟设备，然后创建网桥：

我们也可以在在绑定的物理网卡上创建多个网桥，每个网桥属于不同的vLAN。这相比于在同一个网桥下的vLAN隔离而言，属于“硬隔离”

在设计RHEV虚拟网络时，需要参考客户的要求。如果在虚拟化环境中，只需要做vLAN隔离，那么通过RHEV默认的网桥就可以实现。需要需要使用VXLAN或者更高级的功能，那么RHEV既可以对接第三方硬件交换机，也可以对接Neutron的OVS。从笔者的角度，更倾向于使用OVS。

前面笔者也提到过，相对于虚拟化和SDS，SDN的实现相对会比较慢一些，因此选择纯软件的SDN，还是软硬相结合的SDN，需要结合客户的需求和业务特点进行具体分析。

总结：

截止到目前，笔者大致介绍了开源的SDN方案以及RHEV的虚拟网络配置。由于篇幅有限，不能把所有知识点展开阐述，在后续的文章中，笔者会陆续介绍。最后希望本文能对读者有一些帮助。