简单谈谈OpenStack中的网络隔离

前言

最近，关于xx公有云的用户网络，由于隔离问题引发安全讨论，大家顿时对啥“经典网络”、“vpc”等概念兴趣大增，大家的热议中多次提到aws的vpc，亚马逊的aws怎么搞的，我们不得而知，但是我们可以聊聊openstack的，毕竟它一直在模仿aws嘛；

“隔离”啥

首先，我们先搞清楚，所谓“隔离”，到底是在“隔”什么；

我们知道，计算机网络，是分层实现的，不同协议工作在不同层，这些层的设计、制定都有国际标准，按着osi的分层模型，共有七个层，大家在讨论的隔离，通常指的是第2层，也叫“数据链路层”；

数据链路层的网络包，也叫“帧”，我们常说的网卡的mac地址，就是帧的地址，mac，其实是“媒体访问控制”（media access control）的简称，这是数据链路层的一个子层；

那为什么要在这个二层上搞隔离呢？

因为二层的帧，其中一些帧的地址是广播地址，在同一个二层的设备都可以、也必须接收这些帧，交换机一般认为工作在二层，对这些广播包，也都要转发，所以二层通常被称为一个“广播域”，这就好比大家在一个教室里，都能互相看到，除非分隔到不同的教室；

openstack的玩法

openstack的neutron负责为虚拟机提供网络，而且openstack是假设多租户的，那多租户之间的隔离问题，它当然要提供支持，下面我们就看一下neutron是怎么实现的；

平坦网络

neutron中创建的网络是有“type”的，其中最基础的一种type就是“flat”，顾名思义，“平坦”就是指都在一个空间下，也就是没有做二层上的隔离，虚拟机都在同一个二层，同一个广播域；

从网上找了个示意图：

这种”平坦“的大二层网络，虽然实现、管理相对简单，但也会有诸多问题，除了安全方面，还有广播风暴等问题；

单个大二层网络，就好比整个学校的人都在一个大礼堂，大家都能看到，而且万一谁得了传染病，大家都被传染，要想隔离，可以把人分散到各个教室；

vlan隔离网络

neutron中创建”vlan“这种类型的网络，就是主要使用的二层隔离方案，vlan（虚拟局域网）本身就是交换机广泛使用的二层隔离技术；

示意图大概这样：

这就好比把整个学校的人，从大礼堂，分隔到了不同的教室，同一个教室的人互相可见，不同教室的人不可见；

但这种方案也有一定的局限性，首先管理相对麻烦，需要配合设置物理交换机，另外vlan的可用数量有限制，vlan的id号仅有四千多个，我们假设每个租户分配1个vlan，那最多也就能支持四千多个租户；

overlay网络

overlay（覆盖）网络，所谓”覆盖“，大体上指”在一层上面覆盖另一层，也可以说是用一层载着另一层移动“，vxlan是最常见的协议，它是把虚拟机的二层的帧，在宿主机上用udp包裹起来，然后以宿主机的ip，必要的话，经过3层的路由，到达目的宿主机，然后再解封，把内包裹的二层帧，输送给目的虚拟机；

有点抽象？我们先看看vxlan的包结构，就知道”包裹“是啥意思了：

那个”inner frame“就是被包裹的虚拟机的二层的包；

最终封装完的包，外层的源ip、目的ip地址，都是宿主机的，所以只要宿主机之间互通（3层可达），被封装的内层帧就可以被运输：

那这种方案有什么优点呢？

主要的：

vxlan的范围足够大，一千六百多万，租户随便用 因为是完全隔离的，租户可以随意定义自己的网络，哪怕和其他租户的ip段重叠都没有关系，比如上图中，租户a的网络，与租户b的网络 如果通过一定技术实现支持3层路由器，租户可以将自己的网络，随意组织自己的网络拓扑，比如上图中，租户a的两个网络，连接到一个路由器（可以是虚拟的）上

关于上面提的第三点，在neutron中大概是这样的：

vpc

最后，那到底啥是vpc呢？

很明确的告诉你，上面这个图就是vpc！

vpc（virtual private cloud），不是个技术专有名词，而是亚马逊aws创造的一个产品层面的名词；

租户网络彻底隔离、ip段都能重叠、路由器、网络拓扑都能由自己定义，这还不是”虚拟私有云“吗！