1. 架构概述

Neutron是OpenStack的网络即服务组件，提供云环境的网络虚拟化功能。其架构采用分层设计，实现了控制平面与数据平面的分离，具有高度的灵活性和可扩展性。

2. 核心组件层次结构

2.1 控制平面（Neutron Server端）

API → Plugin → Driver → (消息队列) → Agent

API 层

• 角色：系统入口网关
• 职责：
  • 接收所有REST API请求（创建网络、子网、端口等）
  • 身份认证和权限验证
  • 参数校验和请求格式化
  • 将合法请求路由到相应Plugin

Plugin 层

• 角色：网络业务逻辑大脑
• 类型：
  • 核心Plugin：管理L2网络（默认使用ML2）
  • 服务Plugin：提供高级网络服务（L3路由、防火墙、负载均衡等）
• 职责：
  • 处理业务逻辑
  • 维护网络状态到数据库
  • 协调多个Driver协同工作
  • 决定"做什么"和"由谁做"

Driver 层

• 角色：专业技术实现团队

• 在ML2 Plugin中的两种Driver：

  Type Driver - 网络类型专家

  • 管理网络隔离机制
  • 分配网络标识符
  • 支持的类型：flat, vlan, vxlan, gre等

  Mechanism Driver - 实现机制专家

  • 负责具体技术实现
  • 通过RPC调用对应Agent
  • 支持的机制：openvswitch, linuxbridge, sriov等

2.2 数据平面（计算/网络节点端）

Agent 层

• 角色：本地网络执行引擎
• 部署位置：每个计算节点和网络节点
• 常见Agent类型：
  • ovs-agent：管理Open vSwitch
  • linuxbridge-agent：管理Linux Bridge
  • l3-agent：提供路由功能
  • dhcp-agent：提供DHCP服务
• 职责：
  • 监听消息队列中的指令
  • 执行本地网络配置命令
  • 向Plugin报告执行状态

Provider 层

• 角色：底层网络基础设施
• 类型：
  • 虚拟网络设备：Open vSwitch, Linux Bridge
  • 物理网络设备：交换机、路由器
  • SDN控制器：OpenDaylight, ONOS
• 职责：实际承载网络流量

2.3 支撑组件

消息队列

• 作用：控制平面与数据平面的通信总线
• 实现：RabbitMQ, Qpid等
• 功能：提供RPC和通知机制

数据库

• 作用：存储网络状态信息
• 存储内容：网络、子网、端口、路由器等配置

3. 完整工作流程示例

场景：创建VXLAN网络

用户 → API → ML2 Plugin → Type Driver → Mechanism Driver → 消息队列 → OVS Agent → Open vSwitch

详细步骤：

1. 用户请求

   openstack network create --provider-network-type vxlan my_network
   

2. API处理

   • 验证用户身份和权限
   • 检查参数合法性
   • 调用ML2 Plugin的create_network方法

3. ML2 Plugin处理

   • 在数据库中创建网络记录
   • 调用vxlan Type Driver分配VNI（如VNI=1000）
   • 调用所有注册的Mechanism Driver

4. Mechanism Driver执行

   • OVS Mechanism Driver准备网络配置数据
   • 通过RPC经消息队列向所有ovs-agent发送创建网络指令

5. Agent执行

   • 各计算节点的ovs-agent收到指令
   • 执行本地命令：ovs-vsctl add-br br-vxlan-1000
   • 配置VXLAN隧道端点

6. Provider生效

   • Open vSwitch创建相应网桥和端口
   • 网络实际可用

7. 响应返回

   • Agent向Plugin报告成功
   • Plugin更新数据库状态
   • API向用户返回网络信息

4. 架构设计特点

4.1 插件化架构

• 核心插件：ML2通过Driver机制支持多种网络技术
• 服务插件：可按需加载L3、FWaaS、LBaaS等服务
• 厂商插件：支持第三方SDN控制器和硬件设备

4.2 松耦合设计

• 控制与数据分离：Plugin/Driver在控制节点，Agent在计算节点
• 技术无关性：上层API不依赖具体网络实现技术
• 标准化接口：通过消息队列进行标准化通信

4.3 可扩展性

• 水平扩展：可部署多个Neutron Server实例
• 技术扩展：通过新Driver支持新网络技术
• 功能扩展：通过服务插件添加新功能

5. 关键关系总结

Plugin与Driver关系

• 包含关系：Plugin包含并管理多个Driver
• 决策与执行：Plugin决定流程，Driver负责具体技术实现
• 框架与插件：Plugin提供框架，Driver提供具体实现

Driver与Agent关系

• 调用关系：Mechanism Driver通过消息队列调用Agent
• 控制与执行：Driver发出指令，Agent本地执行
• 异步通信：通过消息队列实现异步RPC调用

6. 实际部署考虑

高可用部署

• Neutron Server：多实例+负载均衡
• 数据库：主从复制或集群
• 消息队列：集群部署
• Agent：天然分布式，但关键Agent（如L3）需高可用方案

性能优化

• L2 Population：优化ARP广播和L2流量
• DPDK：提升数据平面性能
• 分布式虚拟路由：避免L3 Agent单点瓶颈

这种架构使Neutron能够灵活支持从简单Linux Bridge到复杂SDN解决方案的各种网络场景，同时保持良好的可维护性和扩展性。