OVS中基于VLAN的DHCP地址池实现

前言

VLAN作为一种虚拟局域网技术，在交换机组网管理、云计算平台的网络服务中都有较为重要的作用，尤其在目前的虚拟交换OVS中，VLAN的应用更加灵活和重要，关于VLAN在OVS中的基础使用方法，可以参见作者的另一篇文章《基于OVS的VLAN应用及实现》，行描述。本文主要介绍在VLAN网络中的DHCP服务器，如何在不同的VLAN网络中分配不同网段的DHCP地址池。

一、技术背景

通常DHCP服务器能够根据DHCP协议的option扩展字段来分配不同的地址池，由于VLAN属于二层网络属性，在DHCP上层应用中是无法获取VLAN信息的，想要根据VLAN信息进行地址池的划分，要么把VLAN信息通过一定的方式带到应用层，要么在不同的VLAN网络中启用多个DHCP服务，一般情况下，选择后一种方式较为简单。

例如，在下图一个Linux系统的网络节点中，外部不同vlan网络可以和节点中的不同VM主机通信，通过eth0接口接入的设备需要根据不同的vlan获取不同网段的地址，eth0接口为了处理vlan1和vlan2的报文，使用vconfig工具创建eth0.1和eth0.2的虚拟接口，和VM的tap口桥接，然后在每个桥接口上采用接口绑定的方式启用DHCP Server服务，这样就完成了不同vlan划分不同地址池的功能。

二、实现原理

上述基于Linux虚拟接口实现的VLAN处理，如果设备接口较多，且VLAN子网也较多的情况下，就需要创建很多个VLAN虚接口来处理不同接口的不同vlan报文，比如存在两个eth0、eth1接口，都需要处理vlan1和vlan2的报文，这样就需要创建eth0.1、eth0.2、eth1.1、eth1.2四个虚拟接口，这种乘法关系在网络接口和vlan子网较多的场景中使用相对繁琐，更进一步的，如果这些虚拟接口在虚拟交换OVS中完成多个地址池，也需要创建多个OVS桥。

在OVS网络中，有一种类型为internal的桥接口，可以通过针对该接口设置tag来处理不同vlan的报文，通过在该接口上启动DHCP服务来分配不同的地址池，实现组网如下图所示：

其中eth1和eth2作为OVS的trunk口转发链路上的报文，dhcp1和dhcp2分别是tag为1和2的internal类型的桥接口，在dhcp1和dhcp2上配置地址并启用DHCP Server，这样就完成了不同的VLAN分配不同地址池的要求。

三、配置命令

创建ovs桥Java

# ovs-vsctl add-br br-ovs  

eth1和eth2加入OVSJava

# ovs-vsctl add-port br-ovs eth1 
# ovs-vsctl add-port br-ovs eth1 

创建启用dhcp服务的桥接口dhcp1和dhcp2Java

# ovs-vsctl add-port br-ovs dhcp1 -- set interface dhcp1 type=internal 
# ovs-vsctl add-port br-ovs dhcp2 -- set interface dhcp2 type=internal 

设置dhcp1和dhcp2的tagJava

# ovs-vsctl set Port dhcp1 tag=1 
# ovs-vsctl set Port dhcp2 tag=2 

查看上述配置如下：

配置地址到桥接口dhcp1和dhcp2Java

# ifconfig dhcp1 192.168.1.1 
# ifconfig dhcp2 10.0.0.1 

在dhcp1和dhcp2上启动dhcp服务Java

# dnsmasq --bind-interfaces --except-interface=lo --interface dhcp1  
--dhcp-range 192.168.1.2,192.168.1.10 
# dnsmasq --bind-interfaces --except-interface=lo --interface dhcp2 
 --dhcp-range 10.0.0.2,10.0.0.10 

四、测试结果

用PC设备运行dhcp client获取地址，并通过交换机分别打上tag1和tag2接入eth1(或eth2)进行vlan的测试。当tag值为1时，在eth1上通过tcpdump抓包可以看到vlan1的dhcp报文如下：

在dhcp1上通过tcpdump抓包可以看到dhcp报文如下：

当tag值为2时，在eth1上通过tcpdump抓包可以看到vlan2的dhcp报文如下：

在dhcp2上通过tcpdump抓包可以看到dhcp报文如下：

从上面的验证结果可以看出，两个桥接口dhcp1和dhcp2根据配置的tag只选择处理了对应vlan值的报文，完成了不同网段的VLAN隔离，从而实现了不同VLAN分配不同DHCP地址池的功能。