基于 Open vSwitch 的 OpenFlow 实践
发布时间：2024-05-09 点击：89
open vswitch 概述
open vswitch（下面简称为 ovs）是由 nicira networks 主导的，运行在虚拟化平台（例如 kvm，xen）上的虚拟交换机。在虚拟化平台上，ovs 可以为动态变化的端点提供 2 层交换功能，很好的控制虚拟网络中的访问策略、网络隔离、流量监控等等。
ovs 遵循 apache 2.0 许可证, 能同时支持多种标准的管理接口和协议。ovs 也提供了对 openflow 协议的支持，用户可以使用任何支持 openflow 协议的控制器对 ovs 进行远程管理控制。
open vswitch 概述
在 ovs 中, 有几个非常重要的概念：
bridge: bridge 代表一个以太网交换机（switch），一个主机中可以创建一个或者多个 bridge 设备。 port: 端口与物理交换机的端口概念类似，每个 port 都隶属于一个 bridge。 interface: 连接到 port 的网络接口设备。在通常情况下，port 和 interface 是一对一的关系, 只有在配置 port 为 bond 模式后，port 和 interface 是一对多的关系。 controller: openflow 控制器。ovs 可以同时接受一个或者多个 openflow 控制器的管理。 datapath: 在 ovs 中，datapath 负责执行数据交换，也就是把从接收端口收到的数据包在流表中进行匹配，并执行匹配到的动作。 flow table: 每个 datapath 都和一个“flow table”关联，当 datapath 接收到数据之后， ovs 会在 flow table 中查找可以匹配的 flow，执行对应的操作, 例如转发数据到另外的端口。
open vswitch 实验环境配置
ovs 可以安装在主流的 linux 操作系统中，用户可以选择直接安装编译好的软件包，或者下载源码进行编译安装。
在我们的实验环境中，使用的操作系统是 64 位 ubuntu server 12.04.3 lts，并通过源码编译的方式安装了 open vswitch 1.11.0
$ lsb_release -a no lsb modules are available. distributor id:ubuntu description:ubuntu 12.04.3 lts release:12.04 codename:precise
ovs 的源码编译安装方式可以参考官方文档how to install open vswitch on linux, freebsd and netbsd。
安装完毕后，检查 ovs 的运行情况：
$ ps -ea | grep ovs 12533 ? 00:00:00 ovs_workq 12549 ? 00:00:04 ovsdb-server 12565 ? 00:00:48 ovs-vswitchd 12566 ? 00:00:00 ovs-vswitchd
查看 ovs 的版本信息, 我们安装版本的是 1.11.0
$ ovs-appctl –version ovs-appctl (open vswitch) 1.11.0 compiled oct 28 2013 14:17:16
查看 ovs 支持的 openflow 协议的版本
$ ovs-ofctl –version ovs-ofctl (open vswitch) 1.11.0 compiled oct 28 2013 14:17:17 openflow versions 0x1:0x4 基于 open vswitch 的 openflow 实践
openflow 是用于管理交换机流表的协议，ovs-ofctl 则是 ovs 提供的命令行工具。在没有配置 openflow 控制器的模式下，用户可以使用 ovs-ofctl 命令通过 openflow 协议去连接 ovs，创建、修改或删除 ovs 中的流表项，并对 ovs 的运行状况进行动态监控。
flow 语法说明
在 openflow 的白皮书中，flow 被定义为某个特定的网络流量。例如，一个 tcp 连接就是一个 flow，或者从某个 ip 地址发出来的数据包，都可以被认为是一个 flow。支持 openflow 协议的交换机应该包括一个或者多个流表，流表中的条目包含：数据包头的信息、匹配成功后要执行的指令和统计信息。
当数据包进入 ovs 后，会将数据包和流表中的流表项进行匹配，如果发现了匹配的流表项，则执行该流表项中的指令集。相反，如果数据包在流表中没有发现任何匹配，ovs 会通过控制通道把数据包发到 openflow 控制器中。
在 ovs 中，流表项作为 ovs-ofctl 的参数，采用如下的格式：字段=值。如果有多个字段，可以用逗号或者空格分开。一些常用的字段列举如下：
表 1. 流表常用字段
字段名称
说明
in_port=port
传递数据包的端口的 openflow 端口编号
dl_vlan=vlan
数据包的 vlan tag 值，范围是 0-4095，0xffff 代表不包含 vlan tag 的数据包
dl_src=<mac>
dl_dst=<mac>
匹配源或者目标的 mac 地址
01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 代表广播地址
00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 代表单播地址
dl_type=ethertype
匹配以太网协议类型，其中：
dl_type=0x0800 代表 ipv4 协议
dl_type=0x086dd 代表 ipv6 协议
dl_type=0x0806 代表 arp 协议
完整的的类型列表可以参见以太网协议类型列表
nw_src=ip[/netmask]
nw_dst=ip[/netmask]
当 dl_typ=0x0800 时，匹配源或者目标的 ipv4 地址，可以使 ip 地址或者域名
nw_proto=proto
和 dl_type 字段协同使用。
当 dl_type=0x0800 时，匹配 ip 协议编号
当 dl_type=0x086dd 代表 ipv6 协议编号
完整的 ip 协议编号可以参见ip 协议编号列表
table=number
指定要使用的流表的编号，范围是 0-254。在不指定的情况下，默认值为 0。通过使用流表编号，可以创建或者修改多个 table 中的 flow
reg<idx>=value[/mask]
交换机中的寄存器的值。当一个数据包进入交换机时，所有的寄存器都被清零，用户可以通过 action 的指令修改寄存器中的值
对于 add−flow，add−flows 和 mod−flows 这三个命令，还需要指定要执行的动作：actions=[target][,target…]
一个流规则中可能有多个动作，按照指定的先后顺序执行。
常见的操作有：
output:port: 输出数据包到指定的端口。port 是指端口的 openflow 端口编号 mod_vlan_vid: 修改数据包中的 vlan tag strip_vlan: 移除数据包中的 vlan tag mod_dl_src/ mod_dl_dest: 修改源或者目标的 mac 地址信息 mod_nw_src/mod_nw_dst: 修改源或者目标的 ipv4 地址信息 resubmit:port: 替换流表的 in_port 字段，并重新进行匹配 load:value−>dst[start..end]: 写数据到指定的字段
实践操作 openflow 命令
在本例中, 我们会创建一个不连接到任何控制器的 ovs 交换机，并演示如何使用 ovs-octl 命令操作 openflow 流表。
创建一个新的 ovs 交换机
$ ovs-vsctl add-br ovs-switch
创建一个端口 p0，设置端口 p0 的 openflow 端口编号为 100（如果在创建端口的时候没有指定 openflow 端口编号，ovs 会自动生成一个）。
$ ovs-vsctl add-port ovs-switch p0 — set interface p0 ofport_request=100
设置网络接口设备的类型为“internal”。对于 internal 类型的的网络接口，ovs 会同时在 linux 系统中创建一个可以用来收发数据的模拟网络设备。我们可以为这个网络设备配置 ip 地址、进行数据监听等等。
$ ovs-vsctl set interface p0 type=internal $ ethto
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open vswitch（下面简称为 ovs）是由 nicira networks 主导的，运行在虚拟化平台（例如 kvm，xen）上的虚拟交换机。在虚拟化平台上，ovs 可以为动态变化的端点提供 2 层交换功能，很好的控制虚拟网络中的访问策略、网络隔离、流量监控等等。
ovs 遵循 apache 2.0 许可证, 能同时支持多种标准的管理接口和协议。ovs 也提供了对 openflow 协议的支持，用户可以使用任何支持 openflow 协议的控制器对 ovs 进行远程管理控制。
open vswitch 概述
在 ovs 中, 有几个非常重要的概念：
bridge: bridge 代表一个以太网交换机（switch），一个主机中可以创建一个或者多个 bridge 设备。 port: 端口与物理交换机的端口概念类似，每个 port 都隶属于一个 bridge。 interface: 连接到 port 的网络接口设备。在通常情况下，port 和 interface 是一对一的关系, 只有在配置 port 为 bond 模式后，port 和 interface 是一对多的关系。 controller: openflow 控制器。ovs 可以同时接受一个或者多个 openflow 控制器的管理。 datapath: 在 ovs 中，datapath 负责执行数据交换，也就是把从接收端口收到的数据包在流表中进行匹配，并执行匹配到的动作。 flow table: 每个 datapath 都和一个“flow table”关联，当 datapath 接收到数据之后， ovs 会在 flow table 中查找可以匹配的 flow，执行对应的操作, 例如转发数据到另外的端口。
open vswitch 实验环境配置
ovs 可以安装在主流的 linux 操作系统中，用户可以选择直接安装编译好的软件包，或者下载源码进行编译安装。
在我们的实验环境中，使用的操作系统是 64 位 ubuntu server 12.04.3 lts，并通过源码编译的方式安装了 open vswitch 1.11.0
$ lsb_release -a no lsb modules are available. distributor id:ubuntu description:ubuntu 12.04.3 lts release:12.04 codename:precise
ovs 的源码编译安装方式可以参考官方文档how to install open vswitch on linux, freebsd and netbsd。
安装完毕后，检查 ovs 的运行情况：
$ ps -ea | grep ovs 12533 ? 00:00:00 ovs_workq 12549 ? 00:00:04 ovsdb-server 12565 ? 00:00:48 ovs-vswitchd 12566 ? 00:00:00 ovs-vswitchd
查看 ovs 的版本信息, 我们安装版本的是 1.11.0
$ ovs-appctl –version ovs-appctl (open vswitch) 1.11.0 compiled oct 28 2013 14:17:16
查看 ovs 支持的 openflow 协议的版本
$ ovs-ofctl –version ovs-ofctl (open vswitch) 1.11.0 compiled oct 28 2013 14:17:17 openflow versions 0x1:0x4 基于 open vswitch 的 openflow 实践
openflow 是用于管理交换机流表的协议，ovs-ofctl 则是 ovs 提供的命令行工具。在没有配置 openflow 控制器的模式下，用户可以使用 ovs-ofctl 命令通过 openflow 协议去连接 ovs，创建、修改或删除 ovs 中的流表项，并对 ovs 的运行状况进行动态监控。
flow 语法说明
在 openflow 的白皮书中，flow 被定义为某个特定的网络流量。例如，一个 tcp 连接就是一个 flow，或者从某个 ip 地址发出来的数据包，都可以被认为是一个 flow。支持 openflow 协议的交换机应该包括一个或者多个流表，流表中的条目包含：数据包头的信息、匹配成功后要执行的指令和统计信息。
当数据包进入 ovs 后，会将数据包和流表中的流表项进行匹配，如果发现了匹配的流表项，则执行该流表项中的指令集。相反，如果数据包在流表中没有发现任何匹配，ovs 会通过控制通道把数据包发到 openflow 控制器中。
在 ovs 中，流表项作为 ovs-ofctl 的参数，采用如下的格式：字段=值。如果有多个字段，可以用逗号或者空格分开。一些常用的字段列举如下：
表 1. 流表常用字段
字段名称
说明
in_port=port
传递数据包的端口的 openflow 端口编号
dl_vlan=vlan
数据包的 vlan tag 值，范围是 0-4095，0xffff 代表不包含 vlan tag 的数据包
dl_src=<mac>
dl_dst=<mac>
匹配源或者目标的 mac 地址
01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 代表广播地址
00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 代表单播地址
dl_type=ethertype
匹配以太网协议类型，其中：
dl_type=0x0800 代表 ipv4 协议
dl_type=0x086dd 代表 ipv6 协议
dl_type=0x0806 代表 arp 协议
完整的的类型列表可以参见以太网协议类型列表
nw_src=ip[/netmask]
nw_dst=ip[/netmask]
当 dl_typ=0x0800 时，匹配源或者目标的 ipv4 地址，可以使 ip 地址或者域名
nw_proto=proto
和 dl_type 字段协同使用。
当 dl_type=0x0800 时，匹配 ip 协议编号
当 dl_type=0x086dd 代表 ipv6 协议编号
完整的 ip 协议编号可以参见ip 协议编号列表
table=number
指定要使用的流表的编号，范围是 0-254。在不指定的情况下，默认值为 0。通过使用流表编号，可以创建或者修改多个 table 中的 flow
reg<idx>=value[/mask]
交换机中的寄存器的值。当一个数据包进入交换机时，所有的寄存器都被清零，用户可以通过 action 的指令修改寄存器中的值
对于 add−flow，add−flows 和 mod−flows 这三个命令，还需要指定要执行的动作：actions=[target][,target…]
一个流规则中可能有多个动作，按照指定的先后顺序执行。
常见的操作有：
output:port: 输出数据包到指定的端口。port 是指端口的 openflow 端口编号 mod_vlan_vid: 修改数据包中的 vlan tag strip_vlan: 移除数据包中的 vlan tag mod_dl_src/ mod_dl_dest: 修改源或者目标的 mac 地址信息 mod_nw_src/mod_nw_dst: 修改源或者目标的 ipv4 地址信息 resubmit:port: 替换流表的 in_port 字段，并重新进行匹配 load:value−>dst[start..end]: 写数据到指定的字段
实践操作 openflow 命令
在本例中, 我们会创建一个不连接到任何控制器的 ovs 交换机，并演示如何使用 ovs-octl 命令操作 openflow 流表。
创建一个新的 ovs 交换机
$ ovs-vsctl add-br ovs-switch
创建一个端口 p0，设置端口 p0 的 openflow 端口编号为 100（如果在创建端口的时候没有指定 openflow 端口编号，ovs 会自动生成一个）。
$ ovs-vsctl add-port ovs-switch p0 — set interface p0 ofport_request=100
设置网络接口设备的类型为“internal”。对于 internal 类型的的网络接口，ovs 会同时在 linux 系统中创建一个可以用来收发数据的模拟网络设备。我们可以为这个网络设备配置 ip 地址、进行数据监听等等。
$ ovs-vsctl set interface p0 type=internal $ ethto
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