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Lv1 太平洋舰队新兵
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楼主
2019-08-14 12:04 0 0 只看楼主
电梯直达 

  前言


  当前云计算的建设已经如火如荼,云计算带来的好处也显而易见,各行各业都在积极上云。对于IaaS这层来说,主要由计算、存储、网络组成。如果说计算像人体的灵魂,那存储就是大脑,保存了认知的所有信息;网络是血管,连通了身体每一个部分。计算是最核心的,存储是最重要的,而网络是最复杂的。


  在ZStack云网络中,网络的部署模式可以分为扁平网络和VPC网络,而在VPC网络中,又可以通过EIP或者OSPF动态路由两种模式来让外部网络访问VPC内部虚拟机,本文来分析一下这几种模式的特点和适用场景。


  1.OSPF简介


  在看各种网络模型的适用场景之前,咱们先来了解下动态路由和OSPF的相关概念


  路由是指在路由器上指导数据包流量转发的路径信息,让路由器知道该从哪个接口将数据包发出去。路由器就好比交叉路口,而路由就好比路牌,数据包就好比轿车,路牌告诉司机,到某某路该从哪个路口走,这个和路由器转发数据包非常相像。那么问题又来了,路牌是政府建造的,路由是怎么生成的呢?


  路由可以分为3类:


  直连路由:路由器接口所属网段的信息,自动生成


  静态路由:管理员手工配置的路由信息,适用于小规模环境


  动态路由:通过动态路由邻居相互之间交互而生成的路由信息,适用于大规模复杂环境


  静态路由因为所有的路由条目都是手工配置,那么在规模越来越大的情况下,配置的复杂度会成倍上升,并且无法自适应网络拓扑的更改。一旦某台路由器宕机,会使得和这台路由器相关的所有网段都无法通信,如果要更改拓扑,修改配置也会变得非常麻烦;而动态路由的出现很好地解决了静态路由的问题,只需要进行协议初始配置即可,路由条目都是动态生成,也能够自适应拓扑的改变,自动改变数据的转发路径。


  OSPF就属于动态路由中应用最广泛的一种。OSPF是一种基于链路状态的路由协议,使用最短路径优先算法来计算出路由。OSPF的工作过程如下所示:


  评论


  在OSPF启动以后,会周期性的发送Hello包,当收到邻居发来的Hello包以后,状态变更为2-way;然后,在整个网段上所有的OSPF路由器开始进行DR/BDR的选举,也就是网段的管理者/备份管理者;后续所有的路由器都和DR/BDR建立邻接关系,将本地连接的所有网段信息传递给DR/BDR,再由DR将计算出的整个网络的拓扑信息发送给所有路由器;最后,所有路由器以自己为根,根据算法计算出到各网段的最优路径并写入路由表。


  2.扁平网络


  2.1拓扑架构


  扁平网络的架构如下所示:


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  扁平网络其实就是个纯二层网络,云平台只提供二层转发的功能,通过DHCP给虚拟机自动分配IP。云平台会创建一个虚拟网桥,分别连接虚拟机和物理网卡,虚拟机数据包通过物理网卡转发到物理交换机上,由物理交换机提供网关以及三层转发。


  2.2适用场景


  来看下扁平网络的特点:


  扁平网络最大的特色就是简单,配置完二三层网络即可,数据流量也非常简单,物理网卡只是做桥接;但是相应的,扁平网络支持的网络服务就非常少,比如负载均衡、IPSec、端口转发等功能,扁平网络都是不支持的,而这些在企业网络中使用比较普遍。因此,扁平网络适用于对网络要求简单,只需要互通性的场景。


  3.VPC网络-EIP模式


  3.1拓扑架构


  VPC网络EIP模式的架构如下所示:


  评论


  在VPC网络中,云平台提供vrouter功能,vrouter一端是公有网络,用于和物理网络相连接,这边的公有网络只是一个概念,表示公共的网络,并不是一定需要用真正的公网IP;另一端连接租户的VPC网络,作为VPC网络的网关,并可以提供EIP、LB、端口转发等网络服务,提供多租户隔离,支持VXLAN,可以进行更好的网络扩展。不同的租户之间的IP段是可以重复的,VPC网络访问外部的时候,在VPC路由器的公网接口会进行SNAT,转换为公网IP;而外部访问VPC网络的时候,通过访问虚拟机绑定的EIP,在VPC路由器的公网接口会进行DNAT,转换为虚拟机的真实IP,这样就可以进行内外互通。


  3.2适用场景


  来看下EIP模式的特点:


  VPC网络提供的网络服务非常丰富,如EIP、IPSec、端口转发、分布式路由、负载均衡等,可以应对各种网络的需求,不同租户之间相互隔离,IP段都是自定义,而且不需要担心冲突的问题。EIP模式和公有云网络是一致的,每个租户都在VPC内部自定义IP段,对外访问通过SNAT,外部访问虚拟机则通过EIP。


  EIP模式适用于公有云、托管云以及一些特殊场景,比如不允许暴露真实IP、公司被收购IT系统需要合并,当然,私有云场景也是适合的。


  4.VPC网络-OSPF模式


  在上节咱们看到了EIP的特点,事实上大多数的私有云网络都是EIP模式,但是咱们来仔细分析一下,EIP模式的虚拟机和外部通信,其实是要经过SNAT和DNAT的,这样就涉及到IP地址的转换,会引起如下的几个问题:1、性能损耗:IP的转换是需要依靠NAT规则一条条来匹配的,一旦规模变得比较大,规则数量就会上升,NAT的效率就低了,这样转发性能就会有影响2、IP管理不方便:私有云内部一般都是私网IP,使用EIP模式,公有网络和VPC网络都是私网IP,在大多数的场景下,其实根本没必要进行转换,直接将真实IP暴露给云外部即可,网工还需要来维护NAT的对应关系,增加了维护的工作量,同时也使得架构更加复杂3、EIP配置复杂:如果给每个虚拟机都分配一个EIP,那每个虚拟机都需要额外配置EIP,当虚拟机数量庞大的时候,配置会耗费很长时间;如果部分虚拟机不用EIP而使用端口转发的话,端口转发的配置和管理也比较复杂。


  那么,是否有一种方法可以解决以上的问题呢?


  ZStack的解决方案是在VPC路由器上运行OSPF协议,和物理交换机对接,并关闭SNAT。


  4.1OSPF拓扑架构


  OSPF方案的总体架构如下所示:


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  OSPF是VPC路由器的一个功能模块,可以和物理交换机的OSPF进行无缝对接,使用时需要先关闭SNAT的功能,将VPC网络的IP宣告给邻居。通过OSPF,物理网络可以学习到VPC网络的真实IP并直接访问,不需要再做DNAT转换,相对于传统VPC网络来说架构更简单,更容易和物理网络进行联动。使用OSPF,VPC路由器就是物理网络在虚拟环境中的一个延伸,100%还原物理路由器的NFV方案,并且VPC路由器依然可以支持负载均衡、IPSec、端口转发等功能。


  4.2适用场景


  OSPF模式本质上是把物理交换机的部分功能以NFV的形式来实现,和传统物理网络相比较,除了接入层是由物理设备变更为虚拟设备,其他都没有变化,整体架构和传统网络是一样的,因此,可以适用于绝大部分的私有云环境,并且没有NAT的性能损耗,网络架构更加简单,和EIP模式相比较,OSPF模式更适合私有云场景。


  可能有人会问多租户场景怎么办?IP无法重复的话是否会不够用?多租户隔离怎么办?其实这个完全没必要担心,10.0.0.0/8这个段就是专门给私有网络分配的,足足1000多万个IP,完全满足99%以上的私有云环境,而且企业内部的IP都是网工统一分配管理的,如果让使用者自定义网络,反而会将整体架构变复杂,增加网络运维的工作量;多租户隔离其实并不是靠NAT来做的,多租户隔离一是路由没有发布,二是依靠虚拟防火墙来做访问控制,而NAT的作用是允许内部IP重复。


  公有云能否不用EIP呢?这个其实是不行的,因为公有云是所有不同公司/个人的用户共享一个平台,IP的规划必然会有重复,所以需要用NAT来做防IP冲突,用EIP来提供外部访问。而私有云只是一个公司内部的环境,IP规划必然不能有冲突,所以绝大部分的私有云场景不需要NAT和EIP,使用动态路由是更适合的方式。


  总结


  综上所述,扁平网络、VPC网络EIP模式、OSPF模式都有各自的适用场景,对于网络需求简单、只需要连通性的场景,适合使用扁平网络;对于绝大部分的私有云场景,更适合使用OSPF模式,对接物理交换机,将物理网络延伸到虚拟环境;对于公有云、托管云以及一些特殊场景,适合使用EIP模式


  

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