云计算之OpenStack基础

  • 一、OpenStack基础知识
  • 二、虚拟化
    • 2.1 虚拟化类型
      • 2.1.1 Ⅰ型虚拟化
      • 2.1.2 Ⅱ型虚拟化
      • 2.1.3 比较
    • 2.2 KVM（Ⅱ型虚拟化）
      • 2.2.1 基本概念
      • 2.2.2 Libvirt
      • 2.2.3 CPU虚拟化
      • 2.2.4 内存虚拟化
      • 2.2.5 存储虚拟化
        • 2.2.5.1 目录类型的 Storage Pool
        • 2.2.5.2 LVM 类型的 Storage Pool
      • 2.2.6 网络虚拟化
        • 2.2.6.1 Linux Bridge网桥基本概念
        • 2.2.6.2 Linux Bridge网桥配置
        • 2.2.6.3 VLAN
  • 三、云计算
    • 3.1 基本概念
      • 3.1.1 IT系统架构的发展过程
      • 3.1.2 计算（CPU/内存）、存储和网络是 IT 系统的三类资源
      • 3.1.3 云平台是一个面向服务的架构
    • 3.2 云计算和 OpenStack

一、OpenStack基础知识

  • 计算节点：虚拟机实例的网络：
    1）下图中A就是虚拟机VM1的虚拟网卡，和它相连的B是一个tap设备，通常是以tap开头的一段名称，它挂载在Linux Bridge qbr上面。 tap设备其实就是一个Linux内核虚拟化出来的一个网络接口，即虚拟网卡；
  • 计算节点：集成网桥(br-int)的网络：
    1）集成网桥br-int：是由OpenvSwitch虚拟化出来的网桥，但事实上它已经充当了一个虚拟交换机的功能了。br-int的主要职责就是把它所在的计算节点上的VM都连接到它这个虚拟交换机上面，然后利用br-tun的穿透功能，实现了不同计算节点上的VM连接在同一个逻辑上的虚拟交换机上面的功能，在br-int上面还有另一个端口E，它总是以patch-tun的形式出现，从字面就可以看出它是用来连接br-tun的。；
    2）OpenvSwitch不支持现在的OpenStack的实现方式，因为OpenStack是把iptables规则丢在TAP设备中，以此实现了安全组功能。所以用了一个折衷的方式，在中间加一层，用Linux Bridge来实现，这就是qbr网桥。在qbr上还存在另一个设备C，这也是一个TAP设备。C和br-int上的D连接在一起，形成一个连接通道，使得qbr和br-int之间顺畅通信。C通常以qvb开头，D通常以qvo开头；
  • 计算节点：通道网桥(br-tun)的网络：
    1）通道网桥(br-tun)：br-tun同样是OpenvSwitch虚拟化出来的网桥，但是它不是用来充当虚拟交换机的，它的存在只是用来充当一个通道层，通过它上面的设备G与其他物理机上的br-tun通信，构成一个统一的通信层。这样的话，网络节点和计算节点、计算节点和计算节点这样就会点对点的形成一个以GRE（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）为基础的通信网络，互相之间通过这个网络进行大量的数据交换。这样，网络节点和计算节点之间的通信就此打通了。而图中的G、H正是描述这一通信；
  • 网络节点：通道网桥（br-tun）的网络：
    1）网络节点上也是存在一个br-tun，它的作用同计算节点上的br-tun，都是为了在整个系统中构建一个统一的通信层而存在的。所以，这一部分的网络同计算节点上的网络的功能是一致的。
  • 网络节点：集成网桥（br-int）的网络：
    1）网络节点上的br-int也是起了交换机的作用，它通过I、J与br-tun连接在一起。最终的要的是，在这个虚拟交换机上，还有其他两个重要的tap设备M、O，它们分别同N、P相连，而N、P作为tap设备则是分别归属两个namespace，router和dhcp（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见），正如这两个namespace的名称所示，它们承担的就是router和dhcp的功能。
    2）router是由l3-agent根据网络管理的需要而创建的，然后，该router就与特定一个子网绑定到一起，管理这个子网的路由功能。router实现路由功能，则是依靠在该namespace中的iptables实现的。
    3）dhcp是l3-agent根据需要针对特定的子网创建的，在这个namespace中，l3-agent会启动一个dnsmasq的进程，由它来实际掌管该子网的dhcp功能。由于这个两个namespace都是针对特定的子网创建的，因而在现有的OpenStack系统中，它们常常是成对出现的。
  • 网络节点：外部网桥（br-ex）的网络：
    1）当数据从router中路由出来后，就会通过L、K传送到br-ex这个虚拟网桥上，而br-ex实际上是混杂模式加载在物理网卡上，实时接收着网络上的数据包。至此，我们的计算节点上的VM就可以与外部的网络进行自由的通信了。当然，前提是我们要给这个VM已经分配了float-ip。

二、虚拟化

  • 虚拟化使得在一台物理的服务器上可以跑多台虚拟机，虚拟机共享物理机的 CPU、内存、IO 硬件资源，但逻辑上虚拟机之间是相互隔离的。
  • 物理机我们一般称为宿主机（Host），宿主机上面的虚拟机称为客户机（Guest）。
  • 那么 Host 是如何将自己的硬件资源虚拟化，并提供给 Guest 使用的呢：这个主要是通过一个叫做 Hypervisor 的程序实现的。根据 Hypervisor 的实现方式和所处的位置，虚拟化又分为两种：1型虚拟化和2型虚拟化

2.1 虚拟化类型

2.1.1 Ⅰ型虚拟化

  • Hypervisor 直接安装在物理机上，多个虚拟机在 Hypervisor 上运行。Hypervisor 实现方式一般是一个特殊定制的 Linux 系统。Xen 和 VMWare 的 ESXi 都属于这个类型。

2.1.2 Ⅱ型虚拟化

  • 物理机上首先安装常规的操作系统，比如 Redhat、Ubuntu 和 Windows。Hypervisor 作为 OS 上的一个程序模块运行，并对管理虚拟机进行管理。KVM、VirtualBox 和 VMWare Workstation 都属于这个类型。

2.1.3 比较

  • 理论上讲：
  1. Ⅰ型虚拟化一般对硬件虚拟化功能进行了特别优化，性能上比Ⅱ型要高；
  2. Ⅱ型虚拟化因为基于普通的操作系统，会比较灵活，比如支持虚拟机嵌套。嵌套意味着可以在KVM虚拟机中再运行KVM。

2.2 KVM（Ⅱ型虚拟化）

2.2.1 基本概念

  • 在 x86 平台上最热门运用最广泛的虚拟化方案莫过于 KVM 了。OpenStack 对 KVM 支持得也最好。KVM全称是 Kernel-Based Virtual Machine，即 KVM 是基于 Linux 内核实现的。KVM有一个内核模块叫kvm.ko，只用于管理虚拟 CPU 和内存；IO 的虚拟化，比如存储和网络设备由Linux内核和Qemu来实现。
  • KVM作为一个 Hypervisor，KVM 本身只关注虚拟机调度和内存管理这两个方面。IO 外设的任务交给 Linux 内核和 Qemu。

2.2.2 Libvirt

  • Libvirt是 KVM 的管理工具；Libvirt 除了能管理 KVM 这种 Hypervisor，还能管理 Xen，VirtualBox 等。OpenStack 底层也使用 Libvirt，所以很有必要学习一下。
  • Libvirt 包含 3 个东西：后台 daemon 程序 libvirtd、API 库和命令行工具 virsh；
    1）libvirtd是服务程序，接收和处理 API 请求；
    2）API 库使得其他人可以开发基于 Libvirt 的高级工具，比如 virt-manager，这是个图形化的 KVM 管理工具；
    3）virsh 是 KVM 命令行工具；

2.2.3 CPU虚拟化

  • 查看 CPU 是否支持KVM虚拟化，在Linux系统中输入grep -E '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo）命令，找到flags部分，如果其中输出有VMX或SVM，即表明支持虚拟化技术。- 一个 KVM 虚机在宿主机中其实是一个 qemu-kvm 进程，与其他 Linux 进程一样被调度，我们可以在运行一个虚拟机的宿主机上查看进程，先输入virsh list查看宿主机中运行的虚拟机列表，再输入ps -elf | grep kvm1查看结果：

  • 虚机中的每一个虚拟 vCPU 则对应 qemu-kvm 进程中的一个线程：
  • 上图中，宿主机有两个物理 CPU，上面起了两个虚机 VM1 和 VM2。VM1 有两个 vCPU，VM2 有 4 个 vCPU。可以看到 VM1 和 VM2 分别有2个和 4 个线程在两个物理 CPU 上调度。- CPU支持超配（overcommit），即虚机的 vCPU 总数可以超过物理 CPU 数量，这个特性使得虚机能够充分利用宿主机的 CPU 资源，但前提是在同一时刻，不是所有的虚机都满负荷运行。

2.2.4 内存虚拟化

  • KVM 通过内存虚拟化共享物理系统内存，动态分配给虚拟机：
  • 为了在一台机器上运行多个虚拟机，KVM 需要实现 VA（虚拟内存） -> PA（物理内存） -> MA（机器内存）直接的地址转换。虚机 OS 控制虚拟地址到客户内存物理地址的映射 （VA -> PA），但是虚机 OS 不能直接访问实际机器内存，因此 KVM 需要负责映射物理内存到机器内存 （PA -> MA）。
  • 内存也支持超配（overcommit），即所有虚机的内存之和可以超过宿主机的物理内存。

2.2.5 存储虚拟化

  • KVM 的存储虚拟化是通过存储池（Storage Pool）和卷（Volume）来管理的。
  • Storage Pool 是宿主机上可以看到的一片存储空间，可以是多种类型。
  • Volume 是在 Storage Pool 中划分出的一块空间，宿主机将 Volume 分配给虚拟机，Volume 在虚拟机中看到的就是一块硬盘。

2.2.5.1 目录类型的 Storage Pool

  • KVM 将宿主机目录 /var/lib/libvirt/images/ 作为默认的 Storage Pool。那么 Volume 是该目录下面的文件了，一个文件就是一个 Volume。

  • 如在创建虚拟机kvm1时，将镜像文件 cirros-0.3.3-x8664-disk.img 放到了 /var/lib/libvirt/images/目录下，文件 cirros-0.3.3-x8664-disk.img 也就是Volume，对于 kvm1 来说，就是它的启动磁盘了。

  • 那 KVM 是怎么知道要把 /var/lib/libvirt/images 这个目录当做默认 Storage Pool 的呢？实际上 KVM 所有可以使用的 Storage Pool 都定义在宿主机的 /etc/libvirt/storage 目录下，每个 Pool 一个 xml 文件，默认有一个 default.xml，其内容如下：

  • 注意：Storage Pool 的类型是 “dir”，目录的路径就是 /var/lib/libvirt/images。

  • 在 virt-manager 中打开 kvm1 的配置页面，右键添加新硬件：

  • 在默认 Pool 中创建一个 8G 的卷，点击 “Finish”：

  • 可以看到新磁盘的信息：

  • 在 /var/lib/libvirt/images/ 下多了一个 8G 的文件 kvm1.img：

  • 使用文件做 Volume 有很多优点：存储方便、移植性好、可复制、可远程访问（远程访问：是镜像文件不一定都放置到宿主机本地文件系统中，也可以存储在通过网络连接的远程文件系统，比如 网络文件系统NFS，或者是分布式文件系统中，比如 GlusterFS。这样镜像文件就可以在多个宿主机之间共享，便于虚机在不同宿主机之间做 Live Migration；如果是分布式文件系统，多副本的特性还可以保证镜像文件的高可用。）。

  • KVM 支持多种 Volume 文件格式：在添加 Volume 时可以选择raw 是默认格式，即原始磁盘镜像格式，移植性好，性能好，但大小固定，不能节省磁盘空间。

  • qcow2 是推荐使用的格式，cow 表示 copy on write，能够节省磁盘空间，支持 AES 加密，支持 zlib 压缩，支持多快照，功能很多。vmdk 是 VMWare 的虚拟磁盘格式，也就是说 VMWare 虚机可以直接在 KVM上 运行。

2.2.5.2 LVM 类型的 Storage Pool

  • 不仅一个文件可以分配给客户机作为虚拟磁盘，宿主机上 VG 中的 LV 也可以作为虚拟磁盘分配给虚拟机使用。不过，LV 由于没有磁盘的 MBR 引导记录，不能作为虚拟机的启动盘，只能作为数据盘使用。
  • 这种配置下，宿主机上的 VG 就是一个 Storage Pool，VG 中的 LV 就是 Volume。LV 的优点是有较好的性能；不足的地方是管理和移动性方面不如镜像文件，而且不能通过网络远程使用。
  • 下面举个例子。首先，在宿主机上创建了一个容量为 10G 的 VG，命名为 HostVG：
  • 然后创建了一个 Storage Pool 的定义文件 /etc/libvirt/storage/HostVG.xml，内容为：
  • 然后通过 virsh 命令创建新的 Storage Pool “HostVG”：
  • 并启用这个 HostVG：
  • 现在我们可以在 virt-manager 中为虚机 kvm1 添加 LV 的虚拟磁盘了：
  • 点击 Browse：
  • 可以看到 HostVG 已经在 Stroage Pool 的列表中了，选择 HostVG：
  • 为 volume 命名为 newlv 并设置大小 100MB，点击 Finish：
  • newlv 创建成功，点击 Choose Volume：
  • 点击 Finish 确认将 newlv 作为 volume 添加到 kvm1：
  • 新 volume 添加成功：
  • 在宿主机上则多了一个命名为newlv的LV：

2.2.6 网络虚拟化

  • 下图是OpenStack 官网给出的计算节点的虚拟网络逻辑图：

2.2.6.1 Linux Bridge网桥基本概念

  • 假设宿主机有 1 块与外网连接的物理网卡 eth0，上面跑了 1 个虚机 VM1，现在有个问题是：如何让 VM1 能够访问外网？
  • 至少有两种方案：
    1）不推荐的方案： 将物理网卡eth0直接分配给VM1，但随之带来的问题很多： 宿主机就没有网卡，无法访问了；新的虚机，比如 VM2 也没有网卡；
    2）推荐的方案： 给 VM1 分配一个虚拟网卡 vnet0，通过 Linux Bridge br0 将 eth0 和 vnet0 连接起来，如下图所
  • Linux Bridge 是 Linux 上用来做 TCP/IP 二层协议交换的设备，其功能可以理解为是一个二层交换机或者 Hub。多个网络设备可以连接到同一个 Linux Bridge，当某个设备收到数据包时，Linux Bridge 会将数据转发给其他设备。
  • 在上面这个例子中，当有数据到达 eth0 时，br0 会将数据转发给 vnet0，这样 VM1 就能接收到来自外网的数据；反过来，VM1 发送数据给 vnet0，br0 也会将数据转发到 eth0，从而实现了 VM1 与外网的通信。
  • 现在增加一个虚拟机VM2，如下图所示：VM2 的虚拟网卡 vnet1 也连接到了 br0 上。现在 VM1 和 VM2 之间可以通信，同时 VM1 和 VM2 也都可以与外网通信。

2.2.6.2 Linux Bridge网桥配置

配置 Linux Bridge br0

  • 在宿主机中编辑 /etc/network/interfaces，配置 br0，下面用 vimdiff 展示了对 /etc/network/interfaces 的修改：
  • 有两点需要注意：
    1）之前宿主机的 IP 是通过 dhcp 配置在 eth0 上的；创建 Linux Bridge 之后，IP 就必须放到 br0 上；
    2）在 br0 的配置信息中最后一行 bridge_ports eth0，其作用就是将 eth0 挂到 br0 上；
  • 重启宿主机，查看 IP 配置，可以看到 IP 已经放到 br0 上了：
  • 用 brctl show 查看当前 Linux Bridge 的配置，eth0 已经挂到 br0 上了：
  • 除了 br0，大家应该注意到还有一个 virbr0 的 Bridge，而且 virbr0 上已经配置了 IP 地址 192.168.122.1。virbr0 的作用我们会在后面介绍。
  • 在宿主机中 提前创建好虚机 VM1 和 VM2，现在都处于关机状态，使用virsh list --all命令查看：

配置 VM1

  • 我们在 virt-manager 中查看一下 VM1 的网卡配置：可以看到虚拟网卡的 source device 我们选择的是 br0；
  • 启动 VM1：
  • brctl show 告诉我们 br0 下面添加了一个 vnet0 设备，通过 virsh 确认这就是VM1的虚拟网卡：
  • VM1 的 IP 是 DHCP 获得的（设置静态 IP 当然也可以），通过 virt-manager 控制台登录 VM1，查看 IP：
  • VM1 通过 DHCP 拿到的 IP 是 192.168.111.106，与宿主机（IP为192.168.111.107）是同一个网段。
  • Ping 一下外网：
  • 可以访问。另外，在 VM1 中虚拟网卡是 eth0，并不是 vnet0。 vent0 是该虚拟网卡在宿主机中对应的设备名称，其类型是 TAP 设备，这里需要注意一下。

配置 VM2

  • 跟 VM1 一样，VM2 的虚拟网卡也挂在 br0上，启动 VM2，查看网卡信息：
  • br0 下面多了 vnet1，通过 virsh 确认这就是 VM2 的虚拟网卡：
  • VM2 通过 DHCP 拿到的 IP 是 192.168.111.108，登录 VM2，验证网络的连通性：
  • 可见，通过 br0 这个 Linux Bridge，我们实现了 VM1、VM2、宿主机和外网这四者之间的数据通信。

配置使用 virbr0

  • virbr0 是 KVM 默认创建的一个 Bridge，其作用是为连接其上的虚机网卡提供 NAT 访问外网的功能。virbr0 默认分配了一个IP 192.168.122.1，并为连接其上的其他虚拟网卡提供 DHCP 服务。

  • 在 virt-manager 打开 VM1 的配置界面，网卡 Source device 选择 “default”，将 VM1 的网卡挂在 virbr0 上

  • 启动VM1，brctl show 可以查看到 vnet0 已经挂在了 virbr0 上：

  • 用 virsh 命令确认 vnet 就是 VM1 的虚拟网卡：

  • virbr0 使用 dnsmasq 提供 DHCP 服务，可以在宿主机中查看该进程信息：在 /var/lib/libvirt/dnsmasq/ 目录下有一个 default.leases 文件

  • 当 VM1 成功获得 DHCP 的 IP 后，可以在该文件中查看到相应的信息：

  • 上面显示 192.168.122.6 已经分配给 MAC 地址为 52:54:00:75:dd:1a 的网卡，这正是 vnet0 的 MAC。

  • 之后就可以使用该 IP 访问 VM1 了：

  • 没有问题，可以访问外网，说明 NAT 起作用了。

  • 需要说明的是，使用 NAT 的虚机 VM1 可以访问外网，但外网无法直接访问 VM1。 因为 VM1 发出的网络包源地址并不是 192.168.122.6，而是被 NAT 替换为宿主机的 IP 地址了。

  • 这个与使用 br0 不一样，在 br0 的情况下，VM1 通过自己的 IP 直接与外网通信，不会经过 NAT 地址转换。

2.2.6.3 VLAN

  • LAN 表示 Local Area Network，本地局域网：通常使用 Hub 和 Switch 来连接 LAN 中的计算机。一般来说，两台计算机连入同一个 Hub 或者 Switch 时，它们就在同一个 LAN 中。一个 LAN 表示一个广播域。 其含义是：LAN 中的所有成员都会收到任意一个成员发出的广播包。

  • VLAN 表示 Virtual LAN：一个带有 VLAN 功能的switch 能够将自己的端口划分出多个 LAN。计算机发出的广播包可以被同一个 LAN 中其他计算机收到，但位于其他 LAN 的计算机则无法收到。 简单地说，VLAN 将一个交换机分成了多个交换机，限制了广播的范围，在二层将计算机隔离到不同的 VLAN 中。

  • 比方说，有两组机器，Group A 和 B。我们想配置成 Group A 中的机器可以相互访问，Group B 中的机器也可以相互访问，但是 A 和 B 中的机器无法互相访问：
    1）一种方法是使用两个交换机，A 和 B 分别接到一个交换机；
    2）另一种方法是使用一个带 VLAN 功能的交换机，将 A 和 B 的机器分别放到不同的 VLAN 中。

  • 请注意，VLAN 的隔离是二层上的隔离，A 和 B 无法相互访问指的是二层广播包（比如 arp）无法跨越 VLAN 的边界。但在三层上（比如IP）是可以通过路由器让 A 和 B 互通的。概念上一定要分清。 现在的交换机几乎都是支持 VLAN 的。

  • 通常交换机的端口有两种配置模式： Access 和 Trunk。看下图：

  • Access 口：
    这些端口被打上了 VLAN 的标签，表明该端口属于哪个 VLAN。 不同 VLAN 用 VLAN ID 来区分，VLAN ID 的 范围是 1-4096。Access 口都是直接与计算机网卡相连的，这样从该网卡出来的数据包流入 Access 口后就被打上了所在 VLAN 的标签。 Access 口只能属于一个 VLAN。

  • Trunk 口：
    假设有两个交换机 A 和 B。 A 上有 VLAN1（红）、VLAN2（黄）、VLAN3（蓝）；B 上也有 VLAN1、2、3那如何让 AB 上相同 VLAN 之间能够通信呢？办法是将 A 和 B 连起来，而且连接 A 和 B 的端口要允许 VLAN1、2、3 三个 VLAN 的数据都能够通过。这样的端口就是Trunk口了。 VLAN1、2、3 的数据包在通过 Trunk 口到达对方交换机的过程中始终带着自己的 VLAN 标签。

  • KVM 虚拟化环境下是如何实现 VLAN？如下图：
    1）eth0 是宿主机上的物理网卡，有一个命名为 eth0.10 的子设备与之相连；
    2）eth0.10 就是 VLAN 设备了，其 VLAN ID 就是 VLAN 10；
    3）eth0.10 挂在命名为 brvlan10 的 Linux Bridge 上，虚机 VM1 的虚拟网卡 vent0 也挂在 brvlan10 上；
    4）这样的配置其效果就是： 宿主机用软件实现了一个交换机（当然是虚拟的），上面定义了一个 VLAN10；
    eth0.10，brvlan10 和 vnet0 都分别接到 VLAN10 的 Access口上。而 eth0 就是一个 Trunk 口。VM1 通过 vnet0 发出来的数据包会被打上 VLAN10 的标签；
    5）eth0.10 的作用是：定义了 VLAN10；
    6） brvlan10 的作用是：Bridge 上的其他网络设备自动加入到 VLAN10 中。

  • 再增加一个 VLAN20，见下图：

  • 这样虚拟交换机就有两个 VLAN 了，VM1 和 VM2 分别属于 VLAN10 和 VLAN20。对于新创建的虚机，只需要将其虚拟网卡放入相应的 Bridge，就能控制其所属的 VLAN。

  • VLAN 设备总是以母子关系出现，母子设备之间是一对多的关系。一个母设备（eth0）可以有多个子设备（eth0.10，eth0.20 ……），而一个子设备只有一个母设备。

  • 在实验环境中实施和配置如下 VLAN 网络：

  • 1）配置VLAN
    编辑 /etc/network/interfaces，配置 eth0.10、brvlan10、eth0.20 和 brvlan20，下面用 vmdiff 展示了对 /etc/network/interfaces 的修改：

    重启宿主机，ifconfig 各个网络接口：

    用 brctl show 查看当前 Linux Bridge 的配置：eth0.10 和 eth0.20 分别挂在 brvlan10 和 brvlan20上 了

    在宿主机中已经提前创建好了虚机 VM1 和 VM2，现在都处于关机状态

  • 2）配置VM1
    在 virt-manager 中将 VM1 的虚拟网卡挂到 brvlan10 上：
    启动VM1：

    查看 Bridge，发现 brvlan10 已经连接了一个 vnet0 设备：
    通过 virsh 确认这就是 VM1 的虚拟网卡：

  • 3）配置VM2
    类似的，将 VM2 的网卡挂在 brvlan20 上：

    启动VM2：

    查看 Bridge，发现 brvlan20 已经连接了一个 vnet1 设备：

    通过 virsh 确认这就是 VM2 的虚拟网卡：

  • 4）验证 VLAN 的隔离性：为了验证 VLAN10 和 VLAN20 之间的隔离，我们为 VM1 和 VM2 配置同一网段的 IP。
    配置 VM1 的 IP：

    配置 VM2 的 IP：
    Ping 测试结果： VM1 与 VM2 是不通的：
    原因如下：
    （1）VM2 向 VM1 发 Ping 包之前，需要知道 VM1 的 IP 192.168.100.10 所对应的 MAC 地址。VM2 会在网络上广播 ARP 包，其作用就是问 “谁知道 192.168.100.10 的 MAC 地址是多少？”
    （2）ARP 是二层协议，VLAN 的隔离作用使得 ARP 只能在 VLAN20 范围内广播，只有 brvlan20 和 eth0.20 能收到，VLAN10 里的设备是收不到的。VM1 无法应答 VM2 发出的ARP包。
    （3） VM2 拿不到 VM1 vnet0 的 MAC 地址，也就 Ping 不到 VM1。

  • 5）Linux Bridge + VLAN = 虚拟交换机
    现在对 KVM 的网络虚拟化做个总结
    （1）物理交换机存在多个 VLAN，每个 VLAN 拥有多个端口。 同一 VLAN 端口之间可以交换转发，不同 VLAN 端口之间隔离。所以交换机其包含两层功能：交换与隔离。
    （2）Linux 的 VLAN 设备实现的是隔离功能，但没有交换功能。一个 VLAN 母设备（比如 eth0），不能拥有两个相同 ID 的 VLAN 子设备，因此也就不可能出现数据交换情况。
    （3）Linux Bridge 专门实现交换功能。
    将同一 VLAN 的子设备都挂载到一个 Bridge 上，设备之间就可以交换数据了。
    （4）总结起来，Linux Bridge 加 VLAN 在功能层面完整模拟现实世界里的二层交换机。eth0 相当于虚拟交换机上的 trunk 口，允许 vlan10 和 vlan20 的数据通过；eth0.10，vent0 和 brvlan10 都可以看着 vlan10 的 access 口；eth0.20，vent1 和 brvlan20 都可以看着 vlan20 的 access 口。

三、云计算

3.1 基本概念

3.1.1 IT系统架构的发展过程

  • 要理解云计算，需要对IT系统架构的发展过程有所认识，请看下图：
  • IT系统架构的发展到目前为止大致可以分为3个阶段：
    1）物理机架构
    这一阶段，应用部署和运行在物理机上。比如企业要上一个ERP系统，如果规模不大，可以找3台物理机，分别部署Web服务器、应用服务器和数据库服务器。如果规模大一点，各种服务器可以采用集群架构。但每个集群成员也还是直接部署在物理机上。 我见过的客户早期都是这种架构，一套应用一套服务器，通常系统的资源使用率都很低，达到20%的都是好的。
    2）虚拟化架构
    摩尔定律决定了物理服务器的计算能力越来越强，虚拟化技术的发展大大提高了物理服务器的资源使用率。这个阶段，物理机上运行若干虚拟机，应用系统直接部署到虚拟机上。虚拟化的好处还体现在减少了需要管理的物理机数量，同时节省了维护成本。
    3）云计算架构
    虚拟化提高了单台物理机的资源使用率，随着虚拟化技术的应用，IT环境中有越来越多的虚拟机，这时新的需求产生了：如何对IT环境中的虚拟机进行统一和高效的管理。有需求就有供给，云计算登上了历史舞台。

3.1.2 计算（CPU/内存）、存储和网络是 IT 系统的三类资源

  • 云计算是一种实施模式，其中存储、服务器、应用等均通过互联网交付。它以即服务形式按需提供，通常采用即用即付模式
  • 云”并不是某一物理位置，而是一种管理 IT 资源的方法，能够很大程度上取代本地设备和私有数据中心。在云计算模式下，用户可以访问经由远程提供商在线提供的虚拟计算、网络和存储资源。用户无需购买和维护大量的计算、存储和其他 IT 基础设施，也无需掌握管理设备所需的内部经验，一切均可交由云服务提供商处理。
  • 通过云计算平台，这三类资源变成了三个池子。 当需要虚机的时候，只需要向平台提供虚机的规格。 平台会快速从三个资源池分配相应的资源，部署出这样一个满足规格的虚机。 虚机的使用者不再需要关心虚机运行在哪里，存储空间从哪里来，IP是如何分配，这些云平台都搞定了。

3.1.3 云平台是一个面向服务的架构

  • 按照提供服务的不同分为 IaaS、PaaS 和 SaaS，如下图所示：
  • IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务）提供的服务是虚拟机。
    IaaS 负责管理虚机的生命周期，包括创建、修改、备份、启停、销毁等。 使用者从云平台得到的是一个已经安装好镜像（操作系统+其他预装软件）的虚拟机。 使用者需要关心虚机的类型（OS）和配置（CPU、内存、磁盘），并且自己负责部署上层的中间件和应用。 IaaS 的使用者通常是数据中心的系统管理员。 典型的 IaaS 例子有 AWS、Rackspace、阿里云等
  • PaaS（Platform as a Service，平台即服务）提供的服务是应用的运行环境和一系列中间件服务（比如数据库、消息队列等）。
    使用者只需专注应用的开发，并将自己的应用和数据部署到PaaS环境中。PaaS负责保证这些服务的可用性和性能。PaaS的使用者通常是应用的开发人员。典型的 PaaS 有 Google App Engine、IBM BlueMix 等
  • SaaS（Software as a Service，软件即服务）提供的是应用服务。
    使用者只需要登录并使用应用，无需关心应用使用什么技术实现，也不需要关系应用部署在哪里。SaaS的使用者通常是应用的最终用户。典型的 SaaS 有 Google Gmail、Salesforce 等

3.2 云计算和 OpenStack

  • OpenStack 对数据中心的计算、存储和网络资源进行统一管理。 由此可见，OpenStack 针对的是 IT 基础设施，是 IaaS 这个层次的云操作系统。

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