Cable--新虚拟网络架构介绍

女主宣言

本文主要介绍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的新虚拟网络架构--Cable。

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。

背景简介

目前公司的虚拟网络架构有如下不足：1 物理机、虚机和容器网络分开管理，无法达到直接互联互通。2 Neutron agent里的DHCP、metadata采用集中式服务，健壮性不足。3 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

Cable整体框架图

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

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 自研管理平面

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工作流程

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)。

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。

Cable代替Neutron后架构图

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。

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