OpenStackの概要についてのスライドです。 主に仮想ネットワーク回りの構造に力を入れています。 学部時代の資産のため、一部古い情報があると思います。（～IceHouse）

1. OpenStack概要 ~仮想ネットワーク~
法政大学大学院 情報科学研究科
修士課程 1年
青山 真也
http://a-msy.jp
このスライドは学部時代の資産なので
一部古い情報があると思います。(IceHouseまでの概要)

2. • OpenStackの概要
• OpenStackのモジュール
• OpenStackの仮想ネットワークアーキテクチャ
• OpenStackのインストール
• まとめ
本日の概要
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 2

3. • OpenStackの概要
• OpenStackとは
• Openstackのバージョン遷移
• OpenStackのモジュール
• OpenStackの仮想ネットワークアーキテクチャ
• OpenStackのインストール
• まとめ
目次
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 3

4. OpenStackとは
• IaaSクラウドコンピューティングプロジェクト及びクラウドOS
• Rackspace HostingとNASA
• 完全なOSSクラウド（＝Enterpise版はない）
• ライセンスはApache License 2.0
• 開発言語はPython
• OpenStackは様々な機能毎に分けられたコンポーネントの集合
• モジュラーアーキテクチャ
• 類似クラウドOS
• CloudStack
• Eucalyptus
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 4

5. OpenStackのバージョン遷移
• 半年に1度正式リリース
• Austin (Nova, Swift)
• Bexar (Nova, Glance, Swift)
• Cactus (Nova, Glance, Swift)
• Diablo (Nova, Glance, Swift)
• Essex (Nova, Glance, Swift, Horizon, Keystone)
• Folsom (Nova, Glance, Swift, Horizon, Keystone)
• Grizzly (Nova, Glance, Swift, Horizon, Keystone)
• Havana (Nova, Glance, Swift, Horizon, Keystone, Heat, Ceilometer)
• Icehouse (Nova, Glance, Swift, Horizon, Keystone, Heat, Ceilometer,
Trove)
• 各コンポーネントはプロジェクト体制となっておりレベル分け
• incubated: 開発段階のような状態で個別にPluginsような形で導入可能
• integrated: OpenStackのコンポーネントとして正式採用
• integratedプロジェクトに昇格すると上記のように追加される
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 5

6. • OpenStackの概要
• OpenStackのモジュール
• OpenStackモジュールについて
• Nova (Compute)
• Swift (Object Storage)
• Cinder (Brock Storage)
• Glance (Image Service)
• Neutron (Networking)
• Horizon (Dashboard)
• Keystone (Identity)
• Ceilometer (Metering)
• Heat (Orchestration)
• Trove (Database Service)
• OpenStackの仮想ネットワークアーキテクチャ
• OpenStackのインストール
• まとめ
目次
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 6

7. OpenStackのコンポーネントについて
• Nova (Compute)
• VMを実行するノード
• Swift (Object Storage)
• HTTPリクエストによって取得可能なObjectストレージ
• Cinder (Block Storage)
• Blockデバイスを提供するストレージ
• Glance (Image Service)
• ISO・仮想マシンテンプレート・スナップショットなどを提供
• Neutron (Networking)
• 仮想ネットワーク機能を提供
• Horizon (Dashboard)
• Web Dashboard上からそれぞれの機能のAPI操作するツール
• Keystone (Identity)
• 認証サービスを提供
• Ceilometer (Metering)
• 各コンポーネントの使用状況の計測を行うサービス
• Heat (Orchestration)
• オーケストレーションサービスを提供（ex: DBサーバを作ってから、その設定を用いてWebサーバを作る等）
• Trove (Database Service)
• DBaaSを提供する（VMインスタンスではなく、MySQL等のDBMSを提供）
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 7

8. Nova (Compute)
• 仮想マシンを実行するノードとなる
• 対応する仮想化ソフトウェア等は様々
• KVM
• QEMU
• LXC
• Xen
• VMware
• 再起動、シャットダウン時には最適なコンピュートノードに再配置
• その為、永続的なデバイスは後述するCinderボリューム上に配置
• VM生成後に実行するカスタマイズスクリプトを定義可能
• シェルスクリプトなので、生成後にntpdateで時刻同期等が可能に
• 実際には、物理マシンを仮想マシンと同様にして扱うことも可能
• 今回は検証していません。
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 8

9. Swift (Object Storage)
• HTTPリクエストを用いて取得可能なストレージ
• 配置するものは主に共有されるオブジェクト
• 簡単に言えばstorage.cis.k.hosei.ac.jpのようなサービス
• Swiftは複数のノードに分散することが可能
• 設定により冗長コピー・オブジェクトのバージョン管理が可能
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 9

10. Cinder (Brock Storage)
• 永続的なブロックデバイスを提供するストレージ
• 利用用途としては、Nova上のVMにマッピングして利用
• テナント毎にquotaの設定が可能
• cinder-volumesのVG上にボリューム1つにつきLVを構成
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 10
Nova
VM VM
Cinder
dev dev dev

11. Glance (Image Service)
• VMイメージファイルなどを管理するサービス
• イメージ保存先
• Swift、Amazon S3、Block device、ローカル
• 対応するイメージの形式
• ISO、QCOW2、VHD、etc...
• VMを生成する際には、Glance上のイメージをどこかにコピーして使用
• Cinderボリューム上
• コピーした後は永続化
• Novaコンピュートノード上
• シャットダウン、再起動後は初期化される
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 11

12. Neutron (Networking)
• 仮想ネットワーク機能を用いてOpenStackのネットワークを形成
• 各Neutronエージェント間の通信は、VLAN・GREトンネルが主流
• 内部的にはプラグイン方式で様々な構成が可能
• Virtual Ethernet
• Open vSwitch
• Network Namespace
• OpenFlow Switch
• etc…
• 詳しくは後述
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 12

13. Horizon (Dashboard)
• 各種コンポーネントのAPIを叩くことでOpenStackの管理が可能
• Web上でVNCコンソールを見てVMコンソールを利用
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14. Keystone (Identity)
• 認証を担当するコンポーネント
• Keystoneは以下のような概念を持っている
• テナント: 個別に区切られた顧客企業などのグループのこと
• 管理者ユーザ: 管理者権限を持ち、設定を行うユーザ
• 一般ユーザ: OpenStackを利用するユーザ
• 管理者ユーザ、一般ユーザは複数のテナントに属することが可能
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15. Ceilometer (Metering)
• 各コンポーネントの使用状況などを計測する
• 主な取得可能情報は下記の通り
• Swift
• オブジェクト数、総容量、コンテナ数、上下帯域使用量、リクエスト数
• Nova
• VM数、稼働CPU時間、使用メモリ時間、使用容量、使用アクセスグループ数
• Glance
• 使用イメージ容量、使用イメージ数
• Cinder
• 使用イメージ容量、使用イメージ数
• 上記の情報を元に課金情報を生成することが可能になる
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16. Heat (Orchestration)
• 複数のVM作成時に連携設定を行うことが難しい
• Heatによるオーケストレーションを行うことで解決を図る
• 例
• VM2にDBサーバを生成し、Private IPを割り当て
• VM1にWebサーバを生成し、VM2に割り当てられたPrivate IPを用いて設定
• Heatを用いなければ自動的に2層のレイヤ構造を作ることは不可能
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 16
VM1eth0 eth1 VM2eth0
Internet

17. Trove (Database Service)
• DBaaS (Database as a Service)を提供するコンポーネント
• 完璧にチューニングしてパフォーマンスを向上させる使用には不向き
• 使用可能DB
• MySQL
• Percona
• MongoDB
• Cassandra
• Couchbase
• Redis
• NoSQL
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18. • OpenStackの概要
• OpenStackのモジュール
• OpenStackの仮想ネットワークアーキテクチャ
• Linux Bridge
• TAP
• Linux Network Namespace
• Virtual Ethernet
• GRE
• VLAN
• OpenStackの仮想ネットワーク構成
• OpenStackのインストール
• まとめ
目次
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 18

19. Linux Bridge
• L2スイッチの機能をLinux上でソフトウェア実装したもの
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 19
br0 eth1eth0 eth0eth0
hostA hostB hostC

20. TAP
• イーサネットデバイスをシミュレートする仮想ネットワークカーネル
ドライバ
• 直接Bridge接続を行った場合には同一サブネット
• 一方、TAPを使用するとあたかも外部からの接続
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 20
VM
br0eth1
VM
br0
tap0
eth1

21. Linux Network Namespace
• ネットワークに関する資源のみ分離して仮想化
• NIC
• iptables
• routing table
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 21
eth0
hostA
ns1 ns1
10.111.0.1
10.111.0.2
192.168.1.1
192.168.1.2

22. Virtual Ethernet
• 仮想的なEthernet Interfaceの組を生成する
• 片方から来たパケットをそのまま反対側に転送する
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 22
eth0
hostA
ns1 ns1
10.111.0.1
10.111.0.2
192.168.1.1
192.168.1.2

23. GRE (Generic Routing Encapsulation)
• L3トンネルプロトコルの１種
• 既存のパケットに対してカプセル化を行いトンネル終端に転送する
• トンネル終端IPとGRE番号等を付与
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 23
br-priv
eth1
br-priv
eth1
Internet
パケット VM VM
パケットGREヘッダ
パケットGREヘッダ
パケットGREヘッダ
パケット
hostA hostB

24. VLAN
• VLAN IDをフレームに付与
• １つのL2SW内で複数のサブネットを扱う
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 24
SW SWSW
VM VM VM VM VM VM VM VM
VLAN ID: 10
10.111.0.0/24
VLAN ID: 10
10.111.0.0/24
VLAN ID: 20
192.0.0.0/8
VLAN ID: 20
192.0.0.0/8

25. OpenStackの仮想ネットワーク構成
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 25
eth2
Controller Compute
br-priv
br-ex
br-int
VM
management network
data network
Go to Internet…
int-br-priv
phy-br-priv
br-priv
br-int
int-br-priv
phy-br-priv
qvo-*
qrouter-*
qg-*
qr-*
qvb-*
qbr-*
tap*
Compute
VM
br-priv
br-int
int-br-priv
phy-br-priv
qvo-*
qvb-*
qbr-*
tap*
eth1 eth1 eth1
eth0 eth0 eth0
物理NIC
Open vSwitch
Virtual Ethernet
Linux Bridge
TAP Device
Linux Network
Namespace
qdhcp-
*
tap*
dns
masq

26. OpenStackの仮想ネットワーク構成
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 26
eth2
Controller Compute
br-priv
br-ex
br-int
VM
management network
data network
Go to Internet…
int-br-priv
phy-br-priv
br-priv
br-int
int-br-priv
phy-br-priv
qvo-*
qrouter-*
qg-*
qr-*
qvb-*
qbr-*
tap*
Compute
VM
br-priv
br-int
int-br-priv
phy-br-priv
qvo-*
qvb-*
qbr-*
tap*
eth1 eth1 eth1
eth0 eth0 eth0
qdhcp-
*
tap*
dns
masq
GREトンネリング
or
VLAN
iptables (SNAT=Masquerade)
iptables (Access Control)
routing table
DHCP
拠点分割を意識しないテナント分離

27. • OpenStackの概要
• OpenStackのモジュール
• OpenStackの仮想ネットワークアーキテクチャ
• OpenStackのインストール
• OpenStackのインストール方法
• PackStack
• まとめ
目次
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 27

28. OpenStackのインストール方法
• RHELの場合、各バージョンのRDOレポジトリをインストール
• 各コンポーネントを別々にインストールし、個別に設定して連携
• yum install openstack-*
• しかし、この手段でインストールした場合にはかなり難しい
• その為、いくつかインストールツールが用意されている
• DevStack
• PackStack
• HagiStack
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 28

29. PackStack
• PackStackはPuppetで書かれたOpenStackインストールツール
• 最初にAnswer Fileと呼ばれる簡単な設定ファイルを生成
• その後、それを引数にインストールコマンドを叩くだけ
• Answer Fileの内容
• 各コンポーネントのインストール先
• 各コンポーネントをインストールするか（Y/N）
• 使用するディスク容量
• etc…
• All in one 構成なら、設定すら不要
• yum install openstack-packstack
• packstack --allinone
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 29
僅か2つのコマンドで
ローカルサーバに
全てのコンポーネントが
自動設定されてインストール可能

30. • OpenStackの概要
• OpenStackのモジュール
• OpenStackの仮想ネットワークアーキテクチャ
• OpenStackのインストール
• まとめ
目次
2015/5/29 OpenStack仮想ネットワーク技術 30

31. まとめ
• OpenStackを用いることで簡単にVM環境を用意可能
• 高機能なVmware Workstationのような利用方法も可能
• 学習コストは割と高め
• OpenStackの仮想ネットワーク技術は混雑している
• OpenStackのコンポーネントは種類が豊富で機能が充実している
• 構築コストは割と低め
• インストールツールの充実
• そもそも利用する点で考えれば特別な設定は不要
• 体感ではちょっと遅いイメージ

32. Thank you for listening!