洞察Tungsten Fabric内部的XMPP

XMPP是一个用于通讯和表示的开放标准协议。从本质上讲，它是一个允许实体交换信息和进行聊天的协议。

XMPP就在我们身边……比我们想象的要多得多。WhatsApp使用了XMPP的一个变种，Zoom使用XMPP以及一些扩展来实现其聊天功能。XMPP是一些最常用和最著名的应用程序的背后技术。那么，XMPP是如何工作的呢？

如前所述，它允许实体交换信息和聊天。我说的是实体，因为这种聊天和信息交换可能涉及两个人，也可能是两个服务器/软件之间的对话。

XMPP利用了TCP。我们可以说XMPP是一个使用TCP作为底层L4协议的L7协议（就像HTTP）。

到这里为止，XMPP可能看起来就像任何其它协议一样，将消息带入其有效负载。

围绕XMPP值得注意的是，交换的数据是XML格式的。这就导致了两大优势：第一，XML是一种结构化的标准语言，可以很容易地被编程语言消化/处理；第二，只要用XML来格式化这些信息，就可以很容易地扩展XMPP可以传输哪些信息。

关于后面一点，请看以下链接，了解这些年发展了多少扩展：
https://xmpp.org/extensions/

XMPP与TF如何共同工作

让我们简单看下XMPP对话是如何工作的吧！详细的解释并不在本文讨论范围内，但我将尝试划出一些相关方面的重点，这将有助于理解Tungsten Fabric中的XMPP是如何工作的。

访问资源的用户由所谓的JID来识别：

[ node “@” ] domain [ “/” resource ]

例如，“iosonounrouter@whatsapp/mobilechat”可能代表我（iosonounrouter）使用whatsapp并访问mobilechat资源。

资源可以被看成是我想访问的一类聊天室/话题/频道。想象一下，某个软件要从互联网上检索信息，它可能使用XMPP来访问不同的资源：

client@infohub/sport
client@infohub/finance

第一个JID可以用来访问资源以查找和检索体育新闻，而第二个JID将相同的功能用于金融数据。

通常情况下，XMPP遵循客户端-服务器的交互方式（即使p2p也是可能的）。客户端和服务器发送/接收所谓的XMPP节段（stanzas）——节段有不同的用于客户端和服务器的类型。XMPP核心主要有三种类型的节段：

消息（message）：顾名思义，它带来消息。采用的是“fire and send”的模式，也就是说，没有可靠的方法来确保消息在另一端被收到。某种程度上，我们可能会把这个节段看作是UDP：发送出去，并希望它能成功！当然，这个节段可以包含XML格式的结构化数据。
表示（presence）：用于宣布系统内有某种东西的存在
IQ：代表消息（info）/查询（query），允许实现类似于http的请求/响应机制（例如GET）。使用IQ，我们可以获取/设置数据。不同于消息，IQ使用了确认通知，以提供更可靠的通信。

下图总结了目前为止所看到的概念：

比如我们有两个客户（Ivano和Carmela）访问一台服务器（infohub）。服务器上有两个资源（金融和体育）。如前所述，可以将资源看作是聊天室/主题/频道。客户端通过JID访问这两个资源，总共会有四个“对话”。在每一个对话里面，客户端和服务器将使用节段来交换信息，即IQ、MESSAGE、PRESENCE等…

现在，有一个问题出现了：Tungsten Fabric在这里做了什么？

如果你有一些Tungsten Fabric的知识，可能知道TF使用XMPP在控制节点和计算节点之间交换数据。控制节点和计算节点会聊天，谈论TF集群内发生的事情。控制节点作为XMPP服务器，而计算节点作为客户端。

XMPP带来了什么样的信息？大多数时候，我们说XMPP取代BGP进行控制节点-计算节点通信，说明它是用来携带路由信息的。这是事实，但不完全正确。

XMPP也被用来携带配置信息（我们将在后面看到这意味着什么）。这里的关键概念是，XMPP既是一个信令协议，也是一个配置协议。

如何转化为XMPP术语呢？很简单，这里有两个资源：一个是配置资源，一个是路由资源。

把控制节点-计算节点对（pair）看成是两个朋友在互联网上聊天。他们聊的是两个话题：配置和路由。当一个人有关于配置方面的事情要讲时，就会通过配置通道（资源）来讲。另一方面，当有一些路由信息需要沟通时，会使用路由通道。

下图说明了这种互动关系：

节点通过两个不同的通道交换信息，将数据编码成XML格式的负载。

现在，有关XMPP和Tungsten Fabric如何共同工作所需的最基础知识，我们就都已经掌握了。

为了学习XMPP，我们将继续进行以下步骤：

一开始，我们有一个空的计算节点，上面没有虚拟机运行。
接下来，终端用户（通过GUI、Heat……）创建一个虚拟网络和一个连接到该虚拟网络的虚拟机。
因此，控制节点将向虚拟机运行的控制节点发送XMPP消息，以便告诉它配置和路由信息。

创建虚拟机后，我使用tcpdump捕获计算节点上的XMPP数据包。

先来看看pcap。首先，我们要告诉Wireshark将5269端口解码为XMPP。

此时，过滤XMPP数据包，检查信息栏。

它们看起来像JID……确实也是！

用户（计算节点）为网络控制（network-control）
服务器（控制节点）为contrailsystems.com
两个资源为：bgp-peer和config

它们就在这里！就是之前提到的两个通道：一个承载配置信息，一个承载路由信息。

为什么要两个通道？

XMPP会带来一些配置信息，因为控制节点要通知vRouter必须创建一些对象：其中包括代表虚拟网络的VRF，以及连接VRF与虚拟机的虚拟机接口。简单地说，config数据包将指示vRouter必须创建的所有这些Tungsten Fabric对象，以便将新的虚拟机整合到虚拟网络生态系统中。

同时，XMPP也会带来路由信息。新的虚拟机被分配了一个IP地址。关于vnic（虚拟机接口）的IP地址和MAC地址的信息必须传输到计算节点，这样它就可以更新相应的路由表（例如在收到config XMPP消息后刚创建的VRF）。

正如你所看到的，config和bgp-peer消息经常是相关联的！

配置信息里都有什么

现在，让我们来看看这些XMPP信息里面有什么。拿下面这个消息来说：

这是一个IQ“type:set”的消息。使用IQ是很聪明的，因为它需要确认信息；这样Tungsten Fabric可以“验证”计算节点是否真的收到了信息，并且它也避免了计算节点收到路由数据，但没有足够的底层配置对象来使用这些数据的情况。

IQ数据包应该使用一个ID字段，这样便于跟踪响应。无论如何，Tungsten Fabric不会填充ID属性。

核心部分已经标蓝。大家可以看到信息是CONFIG UPDATE，意思是“如果存在则更新，否则就创建”。

接下来，我们有一个要创建的节点和链接列表。可以很容易地发现虚拟网络对象。下面好好观察一下它的内部情况：

如果你熟悉Tungsten Fabric，就会发现我们在配置虚拟网络时可以设置的那些设置。例如，VN名称为xmpp_net1，属于juniper-project项目。

这部分的有效负载基本上是告诉vRouter创建一个新的对象（节点），一个虚拟网络，并告知它的参数和属性。

对于其它对象（节点）也可以看到类似的输出信息。

我们看到XMPP数据包中还携带了LINK的信息：
顾名思义，链接（link）是将两个节点连接起来，以便在配置层代表这些对象之间的“参考”关系。

例如，在上面的输出内容中，表明要将虚拟路由器与新虚拟机的虚拟机接口“链接”起来。

这些链接不是随机的，它们与Tungsten Fabric配置模式一致，该模式定义了对象（及其属性）以及对象之间可能的关系，称为链接。这个模式就像Junos XSD模式一样。

同样，我们希望看到虚拟网络和路由实例对象、实例IP和虚拟网络对象等之间的链接。

这些信息也可以通过introspect获得。在这里，从Tungsten Fabric GUI中，我“访问”了计算节点introspect web服务器，并请求获得Sandesh Trace Buffer List。

从结果输出中，我们检测到四个相关的轨迹（trace）：

其中两个包含接收到的config xmpp消息的信息，其它的是接收到的bgp xmpp消息。每种类型（路由或配置）都有两个轨迹（trace），因为每个计算节点都与两个控制节点进行了XMPP对话（冗余原因）。
点击“Rx Config Xmpp Message”，选择XSD GRID视图。在那里，我们可以寻找有趣的XMPP消息。

例如，这个是指示vRouter必须创建新的虚拟网络对象的消息。如你所见，正文是XML。我们可以将它复制粘贴，并以一种格式友好的方式来查看：

这些都是我们在Wireshark中看到的信息。

同样，也可以找到关于链接创建的日志：

并提取XML主体：

这是第一个例子，说明XMPP是如何被扩展以携带我们能想到的最多样化的数据集的。鉴于它对XML的原生支持，可以添加想要的信息，只要确保符合XML-syntax即可。同时，作为XML结构的数据，接收端将很容易解析和处理数据。

扒一扒XMPP路由信息

接下来进入第二个“通道”：路由。

虚拟机被分配的地址是172.30.1.3/32。三条XMPP路由消息从控制节点发送到计算节点：

为什么是三条？因为虚拟网络是L3+L2，我们会有一条inet路由，一条evpn mac路由和一条evpn mac:ip路由。

让我们到内部去看一看：

与以前看到的有一些不同。我们使用的是MESSAGE节段而不是IQ节段。在它里面，BGP路由广告被编码为一个EVENT消息的ENTRY ITEM。

除了这些方面，上面的输出内容应该是网络工作人员所熟悉的。项目id是路由：172.30.1.3/32。接下来，我们还有NLRI信息。AFI 1 / SAFI 1表示IPv4。然后，是下一跳的信息以及路由所属的虚拟网络名称。

基本上，我们将BGP UPDATE消息编码成了XMPP有效负载。这又一次证明了XMPP的可扩展性如何使这个协议变得非常灵活。从软件的角度来看，用一个协议（XMPP）就能同时管理配置和路由。除了有些必需的情况（例如与不支持XMPP的SDN网关通信）外，一般不需要有两个协议栈（xmpp和bgp）。

同样，我们也可以用introspect来提取同样的信息：

最后，将虚拟机删除。结果就是，我们又触发了一次XMPP数据包的交换。

这次它们将不是UPDATE消息，而是DELETE消息：

因为不再需要，节点和链接都被删除了。

同样，也会有模仿BGP withdraw消息的routing XMPP消息。我们认识它们是因为RETRACT关键字的存在。这次我们在introspect上看到了这个：

就是这样！现在我们知道了XMPP是如何允许Tungsten Fabric节点创建/删除配置对象和路由的。说到底，这就是一个聊天：）

作者：Umberto Manferdini 译者：TF编译组
原文链接：https://iosonounrouter.wordpress.com/2020/12/07/a-look-inside-xmpp-in-contrail/