Day-06: 連接虛擬與實體網路的localnet switch

2023 iThome 鐵人賽

DAY 6

DevOps

在OpenStack Neutron的ovn-networking裡挖呀挖呀挖系列第 6 篇

15th鐵人賽

ogre0403

2023-09-07 07:53:09

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在前幾天，我們已經學到了logical switch、logical router，也讓虛擬網路上的namespace可以互相通信。但大家應該有注意到，在目前，這些namespace是沒辦法和實體網路通信。我們什麼時候會有虛擬機器要和實體機器溝通的需求呢? 常見有二個情況：

原先已有一個在運行的DB實體機器，現在用虛擬機器架構一個Web Server，要讓Web Server存取DB。這時候，Web server在虛擬網路，DB在實體網路，就必需讓二種網路能夠互通。
要連到網際網路，一定要透過有對外路由的實體網路，如果虛擬網路無法和實體網路通信，就沒辦法讓虛擬機器可以上網。

我們今天先透過第一個情境，讓大家理解，OVN是如何透過localnet port，連通虛擬網路與實體網路。

localnet port

一樣先來看看今天打算完成的架構。和[[Day-04_Multiple-Node-L2-Switch]]完成的架構相比，先來看看有那些地方不同：

logical switch 新增一個type為localnet的port
每個hypervisor上多了一個名為br-eth2的bridge，br-eth2上有二個interface，一個是實體 eth2 介面，另一個是今天的重點 patch port
原本br-int也多了一個patch port，用來和br-eth2相連。

照官方文件的說明，localnet是用來連接logical switch與實體網路。

Localnet ports represent the points of connectivity between logical switches and the physical network. They are implemented as OVS patch ports between the integration bridge and the separate Open vSwitch bridge that underlay physical ports attach to.

依照Day-04: 跨節點的logical switch 與 GEVEVE Overlay Network的介紹，overlay network上的二個namespace要通信，會經由eth1 用GENEVE傳送封裝後的封包。但是，如果今天namespace是在localnet switch上，會由br-int 和 br-eth2上的一對patch port，由br-int送到br-eth2後，由eth2送出去，完全不會經選GENEVE的封裝。有了基本的了解，來看一下要如何操作吧。

建立Localnet port 連接實體網路

建立 logical switch & namespace

先建立namespace與logical switch，這一步相信大家都很熟了。

注意到這一次的範例，namespace的IP一定要用192.168.10.0/24 這個網段。主因是因為我們用Vagrnat和VirtualBox 建立VM時，讓eth2這張NIC是用192.168.10.0/24 這個網段；同時，VirtualBox會在你的電腦上建立一個新的NIC，也是在192.168.10.0/24這個網段。如此一來，我們的電腦和VirtualBox的這二個VM溝通。因為在今天的實驗，我們要讓二個namespace也用192.168.10.0/24這個網段和我們的VirtualBox VM 、我們的電腦互通，所以要用192.168.10.0/24 的IP。

sudo su
cd /opt/iTHome-2023/day-06
source helper.sh

# on controller
create-ns ns1 192.168.10.100  # MUST use 192.168.10.0/24 

# on hypervisor
create-ns ns2 192.168.10.200  # MUST use 192.168.10.0/24

# only on controller
create-ovn-ls-and-lsp ls0

在logical switch 上增加 localnet port

在logical switch上，建立一個type為localnet的port, localnet port有二個特別的設定:

address 設為unkone
設定要使用的network_name。這個名字可以是任意的字串，但要和下一步的bridge mapping時要一致。

add-localnet-port ls0 flat0   # add localnet port

add-localnet-port實際的ovn-nbctl的指令：

localnet_port_name=$1-localnet
ovn-nbctl lsp-add $1 $localnet_port_name
ovn-nbctl lsp-set-addresses $localnet_port_name unknown
ovn-nbctl lsp-set-type $localnet_port_name localnet
ovn-nbctl lsp-set-options $localnet_port_name network_name=$2

在hypervisor上建立bridge

OVN不會在各別的hypervisor上建立bridge，需要分別到每一個hypervisor上建立新的bridge. 並把實體介面加到bridge上。最後，還記得前一步在localnet port上設定的 network_name嗎? 要把network_name和要使用的bridge做mapping，這一步則是要透過ovs-vsctl在每個hypervisor上操作。

# on controller
assign-iface-to-ovn-lsp ls0 ns1
add-bridge-mapping eth2 flat0  # MUST use eth2, patch port will be created

# on hypervisor
assign-iface-to-ovn-lsp ls0 ns2
add-bridge-mapping eth2 flat0  # MUST use eth2, patch port will be created

add-bridge-mapping function實際的ovn-nbctl的指令：

br_name=br-$1
ovs-vsctl add-br $br_name
ovs-vsctl add-port $br_name $1
ip link set $1 up
ovs-vsctl set Open_vSwitch . external-ids:ovn-bridge-mappings=$2:$br_name

一旦執行add-bridge-mapping 後，在openvSwitch上的br-eth2 和 br-int會出現一對patch port。所以br-eth2 和 br-int上的patch 不用手動特別建立。透過這對patch port，讓原本只有和br-int連接的namespace，有了一個管道可以到br-eth2。也就能透過eth2實體介面與實體網路通訊。

9e68e704-97cd-45c6-a4b2-69d77cba3522
   Bridge br-eth2
       Port br-eth2
           Interface br-eth2
               type: internal
       Port eth2
           Interface eth2
       Port patch-ls0-localnet-to-br-int
           Interface patch-ls0-localnet-to-br-int
               type: patch
               options: {peer=patch-br-int-to-ls0-localnet}
   Bridge br-int
       fail_mode: secure
       Port patch-br-int-to-ls0-localnet
           Interface patch-br-int-to-ls0-localnet
               type: patch
               options: {peer=patch-ls0-localnet-to-br-int}
       Port br-int
           Interface br-int
               type: internal
       Port ovn-f30077-0
           Interface ovn-f30077-0
               type: geneve
               options: {csum="true", key=flow, remote_ip="192.168.33.20"}
       Port veth-ns1-br
           Interface veth-ns1-br
  ovs_version: "2.13.8"

測試

除了二個namespace可以互相通信之外，namespace也可以經由實體網路，和192.168.10.0/24上的其他設備溝通。

#在 hypervisor 上ping 另一個namespace
ip netns exec ns2 ping -c 1 192.168.10.100

PING 192.168.10.100 (192.168.10.100) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.10.100: icmp_seq=1 ttl=64 time=1.45 ms

--- 192.168.10.100 ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
rtt min/avg/max/mdev = 1.448/1.448/1.448/0.000 ms

#在 hypervisor 上ping 其他設備
ip netns exec ns2 ping -c 1 192.168.10.1

PING 192.168.10.1 (192.168.10.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.10.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.243 ms

--- 192.168.10.1 ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.243/0.243/0.243/0.000 ms

tcpdump

最後，我們來驗證一下，在使用Localnet port時，在同一個logical switch的namespace, 到底是透過實體網路 eth2, 還是透過 GENEVE 的eth1 通信呢? 在eth2 抓封包，可以看到二個namespace直接使用實體網路通信。當然，你也可以在eth1 抓GENEVE的封包來加以驗證，因為不會有任何的GENEVE封包，所以就不秀了唷，讓大家自己試試吧。

#contrlller
tcpdump -i eth2 icmp

05:49:39.212832 IP 192.168.10.200 > 192.168.10.100: ICMP echo request, id 11924, seq 1, length 64
05:49:39.213262 IP 192.168.10.100 > 192.168.10.200: ICMP echo reply, id 11924, seq 1, length 64

和前幾天相比，今天透過Localnet port，可以讓namespace直接使用到實體網路，而不在只是在overlay network裡通訊，這是不是很方便呢? 除了直接和實體網路通訊，localnet port的另一個更大的作用，就是讓在overlay network上的namespace可以連到Internet。就敬請期待明天的內容囉。