第一：为什么需要网络虚拟化？

一.数据中心的现有网络不能满足云计算的物理需求；

互联网行业数据中心的基本特征就是服务器的规模偏大。进入云计算时代后，其业务特征变得更加复杂，包括：虚拟化支持、多业务承载、资源灵活调度等（如下图所示）。与此同时，互联网云计算的规模不但没有缩减，反而更加庞大。这就给云计算的网络带来了巨大的压力。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　互联网云计算业务特点

1. 大容量的MAC表项和ARP表项

　　虚拟化会导致更大的MAC表项。假设一个互联网云计算中心的服务器有5000台，按照1:20的比例进行虚拟化，则有10万个虚拟机。通常每个虚拟机会配置两个业务网口，这样这个云计算中心就有20万个虚拟网口，对应的就是需要20万个MAC地址和IP地址。云计算要求资源灵活调度，业务资源任意迁移。也就是说任意一个虚拟机可以在整个云计算网络中任意迁移。这就要求全网在一个统一的二层网络中。全网任意交换机都有可能学习到全网所有的MAC表项。与此对应的则是，目前业界主流的接入交换机的MAC表项只有32K，基本无法满足互联网云计算的需求。另外，网关需要记录全网所有主机、所有网口的ARP信息。这就需要网关设备的有效ARP表项超过20万。大部分的网关设备芯片都不具备这种能力。

2. 4K VLAN Trunk问题

　　传统的大二层网络支持任意VLAN的虚拟机迁移到网络的任意位置，一般有两种方式。方式一：虚拟机迁移后，通过自动化网络管理平台动态的在虚拟机对应的所有端口上下发VLAN配置；同时，还需要动态删除迁移前虚拟机对应所有端口上的VLAN配置。这种方式的缺点是实现非常复杂，同时自动化管理平台对多厂商设备还面临兼容性的问题，所以很难实现。方式二：在云计算网络上静态配置VLAN，在所有端口上配置VLAN trunk all。这种方式的优点是非常简单，是目前主流的应用方式。但这也带来了巨大的问题：任一VLAN内如果出现广播风暴，则全网所有VLAN内的虚拟机都会受到风暴影响，出现业务中断。

3. 4K VLAN上限问题

　　云计算网络中有可能出现多租户需求。如果租户及业务的数量规模超出VLAN的上限（4K），则无法支撑客户的需求。

4. 虚拟机迁移网络依赖问题

　　VM迁移需要在同一个二层域内，基于IP子网的区域划分限制了二层网络连通性的规模。

二.数据中心的现有网络不能满足云计算的软件化即SDN要求。

　　数据中心（Data Center）中的物理网络是固定的、需要手工配置的、单一的、没有多租户隔离的网络，无法满足现有的需求。

　　云架构往往是多租户架构，这意味着多个客户会共享单一的物理网络。因此，除了提供基本的网络连接能力以外，云还需要提供网络在租户之间的隔离能力；同时云是自服务的，这意味着租户可以通过云提供的 API 来使用虚拟出的网络组建来设计，构建和部署各种他们需要的网络

小结：数据中心现有的物理网络基础之上叠加一层我们自己的虚拟网络

第二：网络虚拟化

一：openstack相关网络

　　在实际的数据中心中，与openstack相关的物理网络可以分为三层：

　　1. OpenStack Cloud network：OpenStack 所管理的网络。

2. 机房intranet （external network）：数据中心所管理的的公司网（Intranet） ，虚机使用的 Floating IP 是这个网络的地址的一部分。

3. 真正的外部网络即 Internet：由各大电信运营商所管理的公共网络，使用公共IP。

二：网络（Neutron L2 network）

　　网络（network）是一个隔离的二层网段，类似于物理网络世界中的虚拟 LAN (VLAN)。更具体来讲，它是为创建它的租户而保留的一个广播域，或者被显式配置为共享网段。端口和子网始终被分配给某个特定的网络。这里所谓的隔离，可理解为：

　　1.跨网络的子网之间的流量必须走 L3 Virtual Router

　　2.每个网络使用自己的 DHCP Agent，每个 DHCP Agent 在一个 Network namespace 内

• 　　3.不同网络内的IP地址可以重复（overlapping）

根据创建网络的用户的权限，Neutron L2 network 可以分为:

• Provider network：管理员创建的和物理网络有直接映射关系的虚拟网络。
• Tenant network：租户普通用户创建的网络，物理网络对创建者透明，其配置由 Neutron根据管理员在系统中的配置决定。

虚机可以直接挂接到 provider network 或者 tenant network 上  “VMs can attach directly to both tenant and provider networks, and to networks with any provider:network_type value, assuming their tenant owns the network or its shared.”。

根据网络的类型，Neutron L2 network 可以分为：

• Flat network：基于不使用 VLAN 的物理网络实现的虚拟网络。每个物理网络最多只能实现一个虚拟网络。
• local network（本地网络）：一个只允许在本服务器内通信的虚拟网络，不知道跨服务器的通信。主要用于单节点上测试。
• VLAN network（虚拟局域网） ：基于物理 VLAN 网络实现的虚拟网络。共享同一个物理网络的多个 VLAN 网络是相互隔离的，甚至可以使用重叠的 IP 地址空间。每个支持 VLAN network 的物理网络可以被视为一个分离的 VLAN trunk，它使用一组独占的 VLAN ID。有效的 VLAN ID 范围是 1 到 4094。
• GRE network （通用路由封装网络）：一个使用 GRE 封装网络包的虚拟网络。GRE 封装的数据包基于 IP 路由表来进行路由，因此 GRE network 不和具体的物理网络绑定。
• VXLAN network（虚拟可扩展网络）：基于 VXLAN 实现的虚拟网络。同 GRE network 一样， VXLAN network 中 IP 包的路由也基于 IP 路由表，也不和具体的物理网络绑定。

注：现在企业环境中一般使用vlan，gre，vxlan网络模式，后续博客会详细介绍这三种网络模式

三.Neutron L2 network的Provider network模式

Provider Network 是由 OpenStack 管理员创建的，直接对应于数据中心的已有物理网络的一个网段。这种网络有三个和物理网络有关属性：

• provider:network_type (网络类型，包括 vxlan, gre, vlan, flat, local)
• provider:segmentation_id (网段 ID， 比如 VLAN 的 802.1q tag, GRE 网络的 Tunnel ID, VXLAN 网络的 VNI)
• provider:physical_network (物理网络的逻辑名称，比如 physnet1, ph-eth1, etc)

这种网络是可以在多个租户之间共享的。这种网络通过计算和网络节点上指定的 bridge 直接接入物理网络，所以默认的情况下它们是可以路由的，因此也不需要接入 Neutron Virtual Router，也不需要使用 L3 agent。使用这种网络，必须预先在各计算和网络节点上配置指定的网桥。

虽然可以创建 GRE 和 VXLAN 类型的 Provider network， 但是（个人认为）Provider network 只对 Flat 和 VLAN 类型的网络才有意义，因为 Provider network 的一个重要属性是 provider:physical_network，而这个参数对其他网络类型没有意义。

创建 provider network：

• local 类型的：neutron net-create NAME --provider:network_type local
• flat 类型的：neutron net-create NAME --provider:network_type flat --provider:physical_network PHYS_NET_NAME
• vlan 类型的：neutron net-create NAME --provider:network_type vlan --provider:physical_network PHYS_NET_NAME --provider:segmentation_id VID
• gre 类型的：neutron net-create NAME --provider:network_type gre --provider:segmentation_id TUNNEL_ID
• vxlan 类型的：neutron net-create NAME --provider:network_type vxlan --provider:segmentation_id TUNNEL_ID

四.Neutron L2 network的Tenant network

Tenant network 是由 tenant 的普通用户创建的网络。默认情况下，这类用户不能创建共享的 tenant network（因此 Nuetron Server 的policy 设置了"create_network:shared": "rule:admin_only"。），因此这种网络是完全隔离的，也不可以被别的 tenant 共享。

Tenant network 也有 local，flat，vlan，gre 和 vxlan 等类型。但是，tenant 普通用户创建的 Flat 和 VLAN tenant network 实际上还是 Provider network，所以真正有意义的是 GRE 和 VXLAN 类型，这种网络和物理网络没有绑定关系。

创建 tenant network 的过程：

（0）管理员在 neutron 配置文件中配置 tenant_network_types，其值可以设为一个所支持的网络类型列表，比如 “vlan,gre,vxlan”。其默认值为 “local“，因此需要改变。该值表明该 OpenStack 云中允许被创建的 tenant network 类型。

（1）运行命令 neutron net-create <net_name>

（2）neutron server 逐一根据该配置项尝试创建 network segment，成功则立即返回。

　　 创建每种网络时，使用不同的配置项：