OpenFlow协议

功能


1.0版本Openflow:控制器通过Openflow协议与交换机建立了安全通道(Sceure Channel),下发流表。

1.3版本Openflow:多控制器,多流表。
用于实现Controller和Switch之间的通信过程,定义了一系列标准术语。
定义了Controller如何来控制Swithch以及Switch如何来反馈Ctroller。
定义了Controller和Switch通信过程的消息类型和格式

版本


版本升级功能升级。

流表


相当于传统网络的路由表和CAM表。
传统网络的表是死的,给我就按照上面的做,查找转发。
SDN的流表,很多张,可编程。

流(Flow)


同一时间内,经过同一网络并且具有相同属性的数据包集合
不同情况流的定义可以不同。一般基于端口以及源目IP。
SDN体系中,所有的数据都以“流”为单位进行处理。

流表(Flow Table)


流过来就查表(基于序号查找)。
每一张流表都有详细的流表项。
每一个流表项中都有相应参数,根据参数做出相应的动作(要么转,要么丢,不转也不丢,下一张表处理)。
虽然要递归似的查表,但是节约了计算的时间,总体上转发速度加快。

流表项-1.0版本(Flow Entry)


不同版本的Openflow的流表项有些区别,下面是Openflow1.0版本的流表项。
包含:包头域、计数器、动作三个部分。

包头域(Header Fields)


除了进接口,传统的2-4层的寻址信息都出现在包头域中(MAC、IP、PORT)。
Openflow交换机相比传统网络交换机(路由器),是一个模糊的概念,不再区分二者,所以Openflow交换机可以广义的理解为Openflow转发设备(交换机、路由器、防火墙)。

计数器(Counters)


计数器主要对每张表、每个端口、每个流等进行计数,方便流量监管。
流量可视化奠定了基础。

动作(Actions)


对匹配到的流进行处理,传统网络中要么转发要么丢弃,没有第三种选择。Openflow1.0中规定了必备动作(Required Actions)和可选动作(Optional Actions)。
必备动作-转发(Forward):

ALL:转发到所有出口(不包括入口)。
CONTROLLER:封装并转发给控制器。
LOCAL:转发给本地网络栈。
TABLE:对要发出的包执行流表中的行动。
IN_PORT:从入口发出。

必要行动-丢弃(Drop)

没有明确指明处理行动的表项,所匹配的所有分组默认丢弃。

可选行动-转发

NORMAL:按照传统交换机的2层或3层进行转发处理。
FLOOD:通过最小生成树从出口泛洪发出,注意不包括入口。传统网络只有在CAM表空或者满了的时候才会泛洪,现在更加灵活。

可选行动-入队(Enqueue)

将包转发到绑定到某个端口的队列中。(流控)

可选行动-修改域(Modify-field)

修改包头内容。
这个动作是跟传统网络的最大区别,Openflow可以对数据包头部进行修改!(可修改2层-4层的信息)。

流表项—1.3版本


Openflow1.0之后都支持多流表,每张表都有独立的序号,从序号最小的开始匹配。
Openflow1.3版本包括了匹配域、优先级、计数器、指令、超时时间、附属属性。

匹配域(Match Fields)


1.0包头域的拓展,除了2-4层的信息,多了MPLS、IPv6、PBB、Tunnel ID等支持。
1.0能匹配12个信息,1.3能匹配39个信息。
Openflow正在覆盖传统网络协议。

优先级(Priority)


用于标志流表项的匹配优先次序,越高越先匹配,默认为0。
支持复杂的策略调度。

计数器(Counters)


在1.0的基础上,加入了对每组,每个动作的计数。
流量统计。

指令(Instructions)


相当于1.0版本的动作(Actions),但是因为引入了多流表,多了很多复杂操作:
行动集:查到行动后,不立即执行,放到一个集合(缓存)中去,最后一起执行。

这一段讲述了动作的叠加,集成,清除。
Required Instruction:Write-Actions action(s):将指定的行动添加到正在运行的行动集中。
Required Instruction:Goto-Table next-table-id:指定流水线处理进程中的下一张表的ID。
Optional Instruction:Apply-Actions action(s):立即执行指定的行动,而不改变行动集。
Optional Instruction:Meter meter id:直接将包计量后丢弃。
Optional Instruction:Clear-Actions:在行动集中立即清除所有的行动。
Optional Instruction:Write-Metadata metadata / mask:在元数据区域记录元数据。

这一段是动作
Required Actions:Output:报文传输到指定端口。
Required Actions:Drop:丢弃。
Required Actions:Group:用组表处理报文。
Optional Actions:Set-Queue:设置报文队列ID,为了Qos的需要。
Optional Actions:Push-Tag / Pop-Tag
Optional Actions:Set-Field:设置报文包头的类型和修改包头的值。
Optional Actions:Change-TTL:修改TTL的值。

动作集顺序

copy TTL inwards:apply copy TTL inward actions to the packet.
pop:apply all tag pop actions to the packet.
push-MPLS:apply MPLS tag push action to the packet.
push-PBB:apply PBB tag push action to the packet.
push-VLAN:apply VLAN tag push action to the packet.
copy TTL outwards:apply copy TTL outwards action to the packet.
decrement TTL:apply decrement TTL action to the packet.
set:apply all set-field actions to the packet.
qos:apply all QoS actions,such as set queue to the packet.
group:如果指定了组行动,那么按照这个序列中的顺序执行组行动存储段里的行动。
output:如果没有指定组行动,报文就会按照output行动中指定的端口转发。

行动集与每个报文相关,默认情况下是空的。
一个流表项可以使用Write-Action指令或者Clear-Action指令修改行动集。
当一个表项的指令集没有包含Goto-Table指令时,流水线处理就停止了,然后报文的行动集就被执行。
交换机可以通过Apply-Actions指令修改行动的执行顺序。
行动集包含所有的行动,无论它们按照什么顺序加入到行动集中,行动的顺序均按照上一段顺序执行。

超时时间(Timeouts)


用于标志该流表项的老化时间,到了超时时间就删除,节约资源保持准确性。

附属信息(Cookie)


由控制器选择的不透明数据值。控制器用来过滤统计数据、流改变和流删除。但处理数据包时不能使用

流表匹配—1.1版本(Flow Match)


引入了多流表,多流表的流表匹配称为流水线处理(Pipeline Process)。交换机从流表0开始查找,序号从小到大匹配。
每个包按照优先级去匹配流表中的流表项,优先级高的先匹配(被匹配),一旦匹配成功,对应计数器将更新,动作立即执行;如果没能找到匹配的表项,则转发给控制器

流表匹配—1.3版本


1.3版本引入了table-miss的处理和action-set的处理。
之前的版本当交换机没有匹配到流表项的时候,直接丢给Controller处理。而table-miss则用于解决这个问题。
通过table-miss参数,可以对数据包实现丢弃、给下一个表处理、转发给控制器。
还多了一个逻辑层—动作集。动作的累加。
多流表操作中,每个表都有独立的指令,这些指令(执行动作)可以在查表的时候执行,也可以通过指令汇总到action-set再叠加执行。

行动集与每个报文相关,默认情况为空
一个流表项可以使用Write-Action指令或者Clear-Action指令修改行动集。
当一个表项的指令集没有包含Goto-Table指令时,流水线处理就停止了,然后报文的行动集就被执行。
交换机可以通过Apply-Actions指令修改行动的执行顺序。
行动集包含所有的行动,无论它们按照什么顺序加入到行动集中,行动按照指定顺序执行。

单表时,只有action动作;多表环境下,多个action操作累加则为action-set动作集。
决定action-set中的一堆动作如何工作,便是Instruction指令。指令可以将动作写入、修改到动作集action-set中,或者可以直接在读表时执行。
多流表最核心的内容:叠加执行

流表的生成


传统路由技术中,建立一张路由表,需要路由器和路由器之间运行路由协议,然后相互交互路由条目,之后达到路由共享。这种架构是一种P2P架构(双方对等)。
SDN的想法是类似的,在控制器和交换机直接运行Openflow协议,不同的是,这里是一种C/S架构(客户端服务器架构)。由控制器统一计算后再下发给Openflow交换机流表项信息

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风君子

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