OpenStack 业务链networking-sfc介绍 (2) - 底层原理

原文链接：https://blog.csdn.net/bc_vnetwork/article/details/65630475

1.  SFC底层实现原理

port chain和ovs driver/agent

Port Chain插件架构图:

SFC Port Chain Plugin

+-------------------------------+

|  +-------------------------+  |

|  |    Port Chain API       |  |

|  +-------------------------+  |

|  |    Port Chain Database  |  |

|  +-------------------------+  |

|  |    Driver Manager       |  |

|  +-------------------------+  |

|  |    Common Driver API    |  |

|  +-------------------------+  |

|               |               |

|  +-------------------------+  |

|  |        OVS Driver       |  |

|  +-------------------------+  |

+---------------|--------------+

| rpc

+----------------+

|    OVS Agent   |

| ext sfc driver |

+----------------+

目前networking-sfc项目中的基于ovs的sfc实现还是用的mpls, nsh可能要Pike版本才能支持。

以下下列配置为例, 创建业务链串联sf1, sf2, sf3 三台nfv虚拟机, 并从VM1处发包进入业务链:

+------+     +------+        +------+

| SF1  |     | SF2  |        | SF3  |

+------+     +------+        +------+

p1|   |p2    p3|   |p4       p5|   |p6

|   |        |   |           |   |

VM 1-->----+   +--------+   +-----------+   +---->

根据代码中的一些限制(参考后面"限制"章节), p1必须和logical-source-port在一个子网中, p2、p3必须在一个子网中, p4、p5必须在一个子网中。

所以, 本示例中, 我们定义p1的子网为: 1.0.0.0/24, p2的子网为: 2.0.0.0/24, p3的子网为: 2.0.0.0/24, p4的子网为: 3.0.0.0/24, p5的子网为: 3.0.0.0/24, p6子网为4.0.0.0/24。

$ openstack network create sfc-net-1

$ openstack network create sfc-net-2

$ openstack network create sfc-net-3

$ openstack network create sfc-net-4

$ openstack network create sfc-net-5

$ openstack network create sfc-net-6

$ openstack subnet create --network sfc-net-1 --subnet-range 1.0.0.0/24 sfc-subnet-1

$ openstack subnet create --network sfc-net-2 --subnet-range 2.0.0.0/24 sfc-subnet-2

$ openstack subnet create --network sfc-net-3 --subnet-range 3.0.0.0/24 sfc-subnet-3

$ openstack subnet create --network sfc-net-4 --subnet-range 4.0.0.0/24 sfc-subnet-4

# 创建虚拟机, 命名为sfc-vm-1, 加入2个网络: sfc-net-1, sfc-net-2

# 创建虚拟机, 命名为sfc-vm-2, 加入2个网络: sfc-net-2, sfc-net-3

# 创建虚拟机, 命名为sfc-vm-3, 加入2个网络: sfc-net-3, sfc-net-4

# 修改虚拟机sfc-vm-1的nova port名字为: p1, p2

# 修改虚拟机sfc-vm-2的nova port名字为: p3, p4

# 修改虚拟机sfc-vm-3的nova port名字为: p5, p6

$ openstack sfc port pair create --ingress p1 --egress p2 port-pair-1

$ openstack sfc port pair create --ingress p3 --egress p4 port-pair-2

$ openstack sfc port pair create --ingress p5 --egress p6 port-pair-3

$ openstack sfc port pair group create --port-pair port-pair-1 port-pair-group-1

$ openstack sfc port pair group create --port-pair port-pair-2 port-pair-group-2

$ openstack sfc port pair group create --port-pair port-pair-3 port-pair-group-3

$ openstack sfc flow classifier create --source-ip-prefix 1.0.0.0/24 --logical-source-port p1 sfc-flow-class-1

$ openstack sfc port chain create --flow-classifier sfc-flow-class-1 --port-pair-group port-pair-group-1 --port-pair-group port-pair-group-2 --port-pair-group port-pair-group-3 sfc-port-chain-1

和以前的代码有区别, 现在sfc分为2大模块: 流分类(flow classifier)和sfc(业务链), 2大模块各自可以配置独立的驱动， 目前都只是通过ovs实现。按照官方想法, 以后流分类(sg,fw, qos, sfc等模块均包含流分类)这个功能会抽象出来统一维护。

核心流程代码流程在/services/sfc/drivers/ovs/driver.py中, 其中最核心的create_port_chain()作用如下: 通过用户输入的port-pair, port-group, port-chain信息, 生成path_nodes列表, path_nodes包括: 状态, 业务链中位置nsi (nsh index), 节点类型(src_node, sf_node, dst_node), 下一跳信息(port-pair列表和加权信息, 可以看出这里能做负载均衡),业务链id(分配的nsp id) 等等。

[

{

"status": "building",

"nsi": 255,

"portpair_details": [

"524c85b9-7038-43ac-bb29-7a90e62900fd"

],

"node_type": "src_node",

"next_hop": "[{\"portpair_id\": \"5197be46-cc98-4ac6-93a6-1759e963b1fe\", \"weight\": 1}]",

"next_group_id": 1,

"nsp": 1,

"fwd_path": true,

"id": "fd1b1ba6-01d7-4905-94f4-aa3bd8e6dc6d",

"tenant_id": "1af813712bdf42789fc90832dc5ce8be",

"portchain_id": "350fb8b7-cc89-49f7-888b-f80f8a0248a6",

"project_id": "1af813712bdf42789fc90832dc5ce8be"

},

{

"status": "building",

"nsi": 251,

"portpair_details": [],

"node_type": "dst_node",

"next_hop": null,

"next_group_id": null,

"nsp": 1,

"fwd_path": true,

"id": "5e34e41c-9db5-4ab4-8c94-e5e68092773f",

"tenant_id": "1af813712bdf42789fc90832dc5ce8be",

"portchain_id": "350fb8b7-cc89-49f7-888b-f80f8a0248a6",

"project_id": "1af813712bdf42789fc90832dc5ce8be"

},

{

"status": "building",

"nsi": 254,

"portpair_details": [

"5197be46-cc98-4ac6-93a6-1759e963b1fe"

],

"node_type": "sf_node",

"next_hop": "[{\"portpair_id\": \"018c8bf0-b93e-4732-9c50-23be5422bdb9\", \"weight\": 1}]",

"next_group_id": 2,

"nsp": 1,

"fwd_path": true,

"id": "d63f0bcf-2743-401f-85bc-41dea3ab7ed6",

"tenant_id": "1af813712bdf42789fc90832dc5ce8be",

"portchain_id": "350fb8b7-cc89-49f7-888b-f80f8a0248a6",

"project_id": "1af813712bdf42789fc90832dc5ce8be"

},

{

"status": "building",

"nsi": 253,

"portpair_details": [

"018c8bf0-b93e-4732-9c50-23be5422bdb9"

],

"node_type": "sf_node",

"next_hop": "[{\"portpair_id\": \"64bb88a2-1390-4c8f-b78f-011e9857e2b4\", \"weight\": 1}]",

"next_group_id": 3,

"nsp": 1,

"fwd_path": true,

"id": "6d864f84-bd8b-415b-8b15-0137057cc15a",

"tenant_id": "1af813712bdf42789fc90832dc5ce8be",

"portchain_id": "350fb8b7-cc89-49f7-888b-f80f8a0248a6",

"project_id": "1af813712bdf42789fc90832dc5ce8be"

},

{

"status": "building",

"nsi": 252,

"portpair_details": [

"64bb88a2-1390-4c8f-b78f-011e9857e2b4"

],

"node_type": "sf_node",

"next_hop": null,

"next_group_id": null,

"nsp": 1,

"fwd_path": true,

"id": "099da96f-01b0-4f3b-9aab-1281960aeb4f",

"tenant_id": "1af813712bdf42789fc90832dc5ce8be",

"portchain_id": "350fb8b7-cc89-49f7-888b-f80f8a0248a6",

"project_id": "1af813712bdf42789fc90832dc5ce8be"

}

]

如果用户创建的是非对称链(单向), 那么就创建出一条path_nodes。如果用户创建的是对称链(双向), 那么就创建出一条fwd_path_nodes和一条rev_path_nodes。

然后根据path_nodes里的信息, 调用_update_path_nodes()-> _update_path_node_flowrules(), RPC调用ovs-agent上的sfc extension driver方法 :update_flow_rules(), 最终下流表配置到ovs上。

现有的OVS Driver/agent都会被改造和扩展支持service chain。

OVS agent会在br-int和br-tun网桥上下发一些额外流表:

1. 流量分类流表: 会在br-int集成网桥中, 下发流表, 用来做流量分类(即flow-classifier)。

2. Service Function转发流表: 会在br-tun网桥上下发流表, 使需要走service chain的流量通过tunnel走到下一个port chain 端口。而br-int也会用来终结Service Function Path.

这里, ovs-agent会通过封装mpls header来标示chain path。其中, mpls label用来表示chain path id, mpls ttl表示chain hop index(指下一跳, 是该chain上的第几个port).

MPLS报文头封装结构如下:

在这里mpls用于模拟nsh协议报文:

mpls_label字段定义为: nsp<<8 | nsi

mpls_ttl定义为： nsi

nsp即NSH Path ID

nsi即NSH index

511: 即0001 | 11111111 意义为: 业务链ID: 1, 节点位置为255

510: 即0001 | 11111110 意义为: 业务链ID: 1, 节点位置为254

509: 即0001 | 11111101 意义为: 业务链ID: 1, 节点位置为253

port信息:

p1: 997(qvof5ea457f-b7): addr: fa:16:3e:4d:10:37

p2: 998(qvo28855064-04): addr:92:8c:c8:c6:41:22

p3: 999(qvo84b4cdbb-af): addr:fe:ae:86:22:eb:cc

p4: 1000(qvo68434f35-f6): addr:0e:d7:5d:60:e2:ad

p5: 1001(qvofdaf5c1c-01): addr:16:29:4f:32:40:1b

p6: 1002(qvo704baa4f-59): addr:ba:9c:5e:a4:36:4b

br-int flow信息:

每一跳入口的sfc flow匹配和负载均衡, 在table:0中实现:

table=0, priority=30,ip,in_port=997 ,nw_src=1.0.0.0/24 actions=group:1【匹配p1端口和流分类规则, 转发到group:1，做第1跳的出口负载均衡,并转发给第1个NFV虚拟机】

table=0, priority=30,ip,in_port=998 ,nw_src=1.0.0.0/24 actions=group:2【匹配p2端口和流分类规则, 转发到group:2，做第2跳的出口负载均衡,并转发给第2个NFV虚拟机】

table=0, priority=30,ip,in_port=1000 ,nw_src=1.0.0.0/24 actions=group:3【匹配p4端口和流分类规则, 转发到group:2，做第3跳的出口负载均衡,并转发给第3个NFV虚拟机】

table=0, priority=30,ip,in_port=1002 ,nw_src=1.0.0.0/24 actions=NORMAL 【匹配p6(即业务链出端口), 然后走正常转发流程】

每一跳出口的sfc报头封装, 在table:5中实现:

table=5, priority=0,ip,dl_dst=fa:16:3e:4d:10:37 actions=push_mpls:0x8847,set_field:511->mpls_label,set_mpls_ttl(255),push_vlan:0x8100,set_field:4150->vlan_vid,resubmit(,10) 【匹配发往p1 tap的报文,封装sfc头(这里是mpls),并打上本地vlan, 发往远端计算节点或发给本地table:10】

table=5, priority=0,ip,dl_dst=fa:16:3e:b5:64:7e actions=push_mpls:0x8847,set_field:510->mpls_label,set_mpls_ttl(254),push_vlan:0x8100,set_field:4128->vlan_vid,resubmit(,10) 【匹配发往p3 tap的报文,封装sfc头(这里是mpls),并打上本地vlan, 发往远端计算节点或发给本地table:10】

table=5, priority=0,ip,dl_dst=fa:16:3e:51:39:b6 actions=push_mpls:0x8847,set_field:509->mpls_label,set_mpls_ttl(253),push_vlan:0x8100,set_field:4169->vlan_vid,resubmit(,10) 【匹配发往p5 tap的报文,封装sfc头(这里是mpls),并打上本地vlan, 发往远端计算节点或发给本地table:10】

本地sfc报头解封装,并发往nfv虚拟机, 在table:10中实现:

table=10, priority=1,mpls,dl_vlan=54,dl_dst=fa:16:3e:4d:10:37,mpls_label=511 actions=pop_vlan,pop_mpls:0x0800,output:997【p1在本地, 匹配目的mac为p1的业务链1报文, mpls解封装, 并发送p1】

table=10, priority=1,mpls,dl_vlan=32,dl_dst=fa:16:3e:b5:64:7e,mpls_label=510 actions=pop_vlan,pop_mpls:0x0800,output:999【p3在本地, 匹配目的mac为p1的业务链1报文, mpls解封装, 并发送p3】

table=10, priority=1,mpls,dl_vlan=73,dl_dst=fa:16:3e:51:39:b6,mpls_label=509 actions=pop_vlan,pop_mpls:0x0800,output:1001【p5在本地, 匹配目的mac为p5的业务链1报文, mpls解封装, 并发送p5】

br-int group信息, 这里主要是用来在每个sf出口处做负载均衡的:

group_id=1,type=select,bucket=actions=set_field:fa:16:3e:4d:10:37->eth_dst,resubmit(,5)【修改目的mac为p1 tap口，并转发到table 5】

group_id=2,type=select,bucket=actions=set_field:fa:16:3e:b5:64:7e->eth_dst,resubmit(,5)【修改目的mac为p3 tap口，并转发到table 5】

group_id=3,type=select,bucket=actions=set_field:fa:16:3e:51:39:b6->eth_dst,resubmit(,5)【修改目的mac为p5 tap口，并转发到table 5】

发包验证:

为了减少安全组和port-security对实验的影响, 放开所有NFV虚拟机的安全组, 关闭port-security。

# neutron port-update 68434f35-f6fc-4c64-bbd3-55aca8f7b6ef --no-security-groups

# neutron port-update 68434f35-f6fc-4c64-bbd3-55aca8f7b6ef --port_security_enabled=True

...

在目的主机sfc-vm-3上开启sshd服务:

# systemctl start sshd

在sfc-vm-1上配置ARP:

# arp -s 2.0.0.1 fa:16:3e:ee:ee:ee

在sfc-vm-2上配置路由转发, 把eth0的流量转发到eth1上去:

# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

# ip route add 10.0.0.0/24 dev eth1

# arp -s 4.0.0.8 fa:16:3e:ee:ee:dd

在sfc-vm-1上ssh 4.0.0.8(即sfc-vm-3的p6端口):

SFC-VM-1抓图:

sfc-vm-2中间节点报文抓取截图:

sfc-vm-2 eth0口:

sfc-vm-2 eth1口:

sfc-vm-3上抓图, 能够正确抓到从sfc-vm-2发过来的报文:

计算节点上br-int的流表信息, 可以发现报文确实走的相应流表, 流表统计上

总结如下:

OVS agent在br-int中加了以下流用来实现sfc portchain:

1. table:0 增加sfc流表用来匹配流分类规则, 然后转发给group表做负载均衡

2. table:5 封装sfc头部, 并转发给下一跳nfv虚拟机, 可能在远端节点走br-tun或本地节点走table:10

3. table:10做sfc报头解封装, 并转发给nfv虚拟机

2.  限制

1. 目前不支持nsh头。

networking-sfc项目底层ovs驱动暂时是借用了mpls来实现sfc报文封装的, 其最终目标会通过使用标准nsh报文头来封装sfc。目前底层的openvswitch官方组件还不支持nsh解析、处理, 不过有人fork了ovs的代码自己实现了nsh标准:

https://github.com/pritesh/ovs/tree/nsh-v8

2. 业务链上的logical_source_port必须和整条链上第一个port-pair group中的所有port_pair上的ingress port在一个subnet中, 否则会报"Cross-subnetchain not supported"

3. 业务链上的相邻的2个port-pair group中, 前一个port-pair group中的所有port-pair上的egress port必须和后一个port-pair group上的所有port-pair上的ingress port在一个subnet中, 否则会报"Cross-subnetchain not supported"

4. 命令openstack sfc flow classifier create, 中必须指定logicalsource port, 文档中没有指出。

5. symmetric链中, 必须指定logicaldestination port

6. flow classifier中只能指定ethertype=IPv6或者IPv4,

3.  参考资料

Neutron SFC

Wiki

https://wiki.openstack.org/wiki/Neutron/ServiceInsertionAndChaining

Blueprints

https://blueprints.launchpad.net/neutron/+spec/openstack-service-chain-framework

https://blueprints.launchpad.net/neutron/+spec/intent-based-service-chaining

https://blueprints.launchpad.net/neutron/+spec/neutron-api-extension-for-service-chaining

https://blueprints.launchpad.net/neutron/+spec/common-service-chaining-driver-api

https://blueprints.launchpad.net/neutron/+spec/service-registration-and-integration-for-service-chaining

API Spec

https://docs.openstack.org/developer/networking-sfc/

https://github.com/openstack/networking-sfc/blob/master/doc/source/api.rst

https://review.openstack.org/#/c/208663/8/doc/source/portchain-ovs-driver-agent.rst

代码review

https://review.openstack.org/#/q/topic:networking-sfc,n,z

OpenStack cli

https://review.openstack.org/#/c/344920/

OVS NSH

http://openvswitch.org/support/ovscon2015/16/1040-elzur.pdf