openstack-理解neutron服务的命名空间和安全组

Neutron 的设计目标是实现“网络即服务”，为了达到这一目标，在设计上遵循了基于“软件定义网络”实现网络虚拟化的原则，在实现上充分利用了 Linux 系统上的各种网络相关的技术

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涉及的linux网络技术如下：

bridge：网桥，Linux中用于表示一个能连接不同网络设备的虚拟设备，linux中传统实现的网桥类似一个hub设备，而ovs管理的网桥一般类似交换机。

br-int：bridge-integration，综合网桥，常用于表示实现主要内部网络功能的网桥。

br-ex：bridge-external，外部网桥，通常表示负责跟外部网络通信的网桥。

GRE：General Routing Encapsulation，一种通过封装来实现隧道的方式。在openstack中一般是基于L3的gre，即original pkt/GRE/IP/Ethernet

VETH：虚拟ethernet接口，通常以pair的方式出现，一端发出的网包，会被另一端接收，可以形成两个网桥之间的通道。

qvb：neutron veth, Linux Bridge-side

qvo：neutron veth, OVS-side

TAP设备：模拟一个二层的网络设备，可以接受和发送二层网包。

TUN设备：模拟一个三层的网络设备，可以接受和发送三层网包。

iptables：Linux 上常见的实现安全策略的防火墙软件。

Vlan：虚拟 Lan，同一个物理 Lan 下用标签实现隔离，可用标号为1-4094。

VXLAN：一套利用 UDP 协议作为底层传输协议的 Overlay 实现。一般认为作为 VLan 技术的延伸或替代者。

namespace：用来实现隔离的一套机制，不同 namespace 中的资源之间彼此不可

以neutron的gre模式为例，简化示意如下

一、命名空间

在 Linux 中，命名空间（namespace)可以被认为是隔离的拥有单独网络栈（网卡、路由转发表、iptables）的环境。网络名字空间经常用来隔离网络设备和服务，只有拥有同样网络名字空间的设备，才能看到彼此。

可以用ip netns list命令来查看已经存在的名字空间。

ip net list

qdhcp开头的名字空间是dhcp服务器使用的，qrouter开头的则是router服务使用的。 可以通过 ip netns exec namespaceid command 来在指定的网络名字空

间中执行网络命令,例如

ip netns exec qdhcp-3bb9ca55-d2e5-45eb-b782-e4de1f60014a ip addr

可以看到，dhcp服务的网络命名空间只有有一个网络接口"aa08fc00-39",它通过"tapa08fc00-39"连接到br-int上。

1.1DHCP服务

dhcp服务是通过DNSmasq进程（轻量级服务器，可以提供dns、dhcp、tftp等服务）来实现的，该进程绑定到dhcp名字空间中的br-int的接口上。可以查看相关的进程

例如查询”qdhcp-3bb9ca55-d2e5-45eb-b782-e4de1f60014a“的服务进程

ps -ef |grep 3bb9ca55-d2e5-45eb-b782-e4de1f60014a

此dhcp服务，主要是给租户私有网络提供dhcp服务，在openstack的dashboard显示如下：

2.1 路由服务

router是提供跨 subnet 的互联功能的。比如用户的内部网络中主机想要访问外部互联网的地址，就需要router来转发（因此，所有跟外部网络的流量都必须经过router）。目前router的实现是通过iptables进行的。

同样的，router服务也运行在自己的名字空间中，可以通过如下命令查看：

ip netns exec qrouter-014e0e10-47fc-469f-9883-3a5130fc79e6  ip addr

可以看出，该名字空间中包括两个网络接口。

第一个接口 qr-d1a40252-8b（192.168.1.1/24）跟 br-int 上的接口相连。即任何从 br-int 来的找 192.168.1.0/24 （租户的私有网段）的网包都会到达这个接口。

第一个接口 qg-2fe564e2-cd 连接到 br-ex 上的接口，即任何从外部来的网包，询问 172.31.208.102（默认的静态 NAT 外部地址）或 172.31.208.110（租户申请的

floating IP 地址），都会到达这个接口。

在dashboard上也可以看到

查看该名字空间中的路由表

ip netns exec qrouter-014e0e10-47fc-469f-9883-3a5130fc79e6  ip route

默认情况，以及访问外部网络的时候，休会从 qg-xxx 接口发出，经过 br-ex 发布到

外网。访问租户内网的时候，会从 qr-xxx 接口发出，发给 br-int

查看路由的snat和dnat规则

ip netns exec qrouter-014e0e10-47fc-469f-9883-3a5130fc79e6  iptables -t nat -S

其中SNAT和DNAT规则完成外部 floating ip （172.31.208.110）到内部ip（192.168.1.17） 的映射

另外有一条SNAT规则把所有其他的内部IP出来的流量都映射到外部IP172.31.208.102。这样即使在内部虚拟机没有外部浮动IP的情况下，也可以发起对外网的访

问

二、安全组

 Security group通过Linux IPtables来实现，为此，在控制节点上引入了qbr*这样的Linux传统bridge（iptables规则目前无法加载到直接挂在到ovs的tap设备上）。 首先在控制节点上用neutron port-list命令列出虚拟机的端口id

neutron port-list

其中id的前10位数字被用作虚机对外连接的qbr（同时也是tap口）的id。i或o加上前9位数字被用作安全组chain的id。

所有的规则默认都在Compute节点上的filter表（默认表）中实现，分别来查看filter表的INPUT、OUTPUT、FORWARD三条链上的规则。

在Compute节点上，可以用 iptables --line-numbers -vnL [CHAIN] 来获得filter表（可以指定某个链上的）规则。

2.1INPUT

iptables --line-numbers -vnL INPUT

可以看到，跟安全组相关的规则被重定向到neutron-openvswi-INPUT。 查看其规则，只有一条

iptables --line-numbers -vnL neutron-openvswi-INPUT

重定向到neutron-openvswi-ocleef425-c

iptables --line-numbers -vnL neutron-openvswi-oc1eef425-c

如果是vm发出的dhcp请求，直接通过，否则转到neutron-openvswi-ocleef424-c

2.2 OUTPUT

iptables --line-numbers -vnL OUTPUT

分别跳转到neutron-filter-top和neutron-openvswi-OUTPUT。

iptables --line-numbers -vnL neutron-filter-top

neutron-filter-top链是跳转到neutron-openvswi-local。

查看neutron-openvswi-OUTPUT

iptables --line-numbers -vnL neutron-openvswi-OUTPUT

可以看到 output 链无规则

同时查看neutron-openvswi-local链规则

iptables --line-numbers -vnL neutron-openvswi-local

可以看到neutron-oenvswi-local链也是无规则

2.3 FORWARD

FORWARD chain上主要实现安全组的功能。用户在配置缺省安全规则时候（例如允许ssh到vm，允许ping到vm），影响该chain

iptables --line-numbers -vnL FORWARD

同样跳转到neutron-filter-top，无规则。跳转到neutron-openvswi-FORWARD。

iptables --line-numbers -vnL neutron-openvswi-FORWARD

neutron-openvswi-FORWARD将匹配所有进出tapcleef425端口的流量。

iptables --line-numbers -vnL neutron-openvswi-sg-chain

如果是网桥从tap-cleef425端口发出到VM的流量，则跳转到neutron-openvswi-icleef425-c；如果是从tap-cleef425端口进入到网桥的（即vm发出来的）流量，则跳转到neutron-openvswi-ocleef425。

iptables --line-numbers -vnL neutron-openvswi-ic1eef425-c

neutron-openvswi-icleef425-c允许安全组中配置的策略（允许ssh、ping等）和dhcp reply通过。默认的neutron-openvswi-sg-fallback将drop所有流量。

可以看到，还有一个编号为4的规则，是允许tcp协议的目的端口22，这个就是我们开放的端口组进行ssh协议使用22端口进行登陆

iptables --line-numbers -vnL neutron-openvswi-oc1eef425-c

neutron-openvswi-ocleef425-c将跳转到neutron-openvswi-scleef425-c，允许DHCP Request和匹配VM的源IP和源MAC的流量通过。

2.4整体逻辑

整体逻辑如下所示：

2.5 快速查找安全组规则

从前面分析可以看出，某个vm的安全组相关规则的chain的名字，跟vm的id的前9个字符有关。因此，要快速查找qbr-XXX上相关的iptables规则，可以用iptables -S列出（默认是

filter表）所有链上的规则，其中含有id的链即为虚拟机相关的安全组规则。其中--physdev-in表示即将进入某个网桥的端口，--physdev-out表示即将从某个网桥端口发出

iptables -S |grep tapc1eef425-c0

可以看出，进出tap-cleef425-c0 口的FORWARD链上的流量都被扔到了neutron-openvswi-sg-chain这个链，neutron-openvswi-sg-chain上是security group具体的实现（两条

规则，访问虚拟机的流量扔给neutron-openvswi-icleef425-c；从虚拟机出来的扔给neutron-openvswi-ocleef4250-c。