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亭吴
5 years ago
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1 OpenFlow 技术原理介绍

2 目录 OpenFlow 发展的背景 OpenFlow 的基本概念 OpenFlow 的工作机制 OpenFlow 的基本配置及方案介绍 2 2

3 OpenFlow 背景功能厂商主要研发目标 : 厂商依赖性网络规模和设备功能复杂 : 管控能力减弱各厂商的命令不一样 : 网络维护不方便设备只能通过命令行接口 : 低扩展性各自的控制逻辑 : 网络架构复杂控制与转发分离架构 3 3

4 RCP 架构 RCP(routing control platform) 逻辑中央平台路由控制服务器 IBGP 逻辑中央平台路由控制服务器 IBGP 仅实现 BGP 路由决策集中管理 4 4

5 4D 架构 4D(decision,dissemination,discovery,data) 决策平面数据平面分发平面发现平面网络视图 Decision Dissemination Discovery 直接控制仅仅是理论和功能建模 Data 5 5

6 Ethane 架构 Ethane 中央控制器 Ethane 交换机中央控制器? Ethane 交换机奠定 OpenFlow 技术基础 6 6

7 SDN 应用层控制层基础设施层应用层 SDN 架构应用程序 API API API 控制层 SDN 控制软件网络服务 OpenFlow 诞生基础设施层网络设备网络设备 openflow 网络设备网络设备 openflow 7 7

8 目录 OpenFlow 发展的背景 OpenFlow 的基本概念 OpenFlow 的工作机制 OpenFlow 的基本配置及方案介绍 8 8

9 OpenFLow 组件 OpenFlow 主要组件 OpenFlow 控制器 OpenFlow 交换机 OpenFlow 交换机组成一个或多个流表 & 组表 &meter 表到控制器的 OpenFlow 的信道 ( 安全通道 ) OpenFlow 协议安全通道使用 TCP 进行连接默认 TCP 目的端口号 6633 Scope of OpenFlow Switch Specification OpenFlow Switch Secure Channel Flow Table OpenFlow Protocal SSL Controller 9 9

10 OpenFlow 交换机 OpenFlow 交换机类别 : OpenFlow-Only 交换机 OpenFlow-Hybrid 交换机 OpenFlow 实例类型 : 全局实例 VLAN 实例接口实例 Controller1 Secure Channel Controller2 OpenFlow protocol OpenFlow protocol Flow Table Secure Channel Instance 1 Instance 2 Flow Table OpenFlow Switch

11 Flow Table OpenFlow 流表由流表项构成流表项的结构随着 OpenFlow 版本的演进不断丰富, 不同协议版本的流表项结构如下 : V1.0 Header Filed Counters Actions V1.1&V1.2 Match Fields Counters Instructi ons V1.3 Match Fields Priority Counters Instructions Timeouts Cookie

12 Flow Removal 流表删除某个流表表项长时间不匹配报文则 idle_timeout 字段设置为非 0 某个流表表项一定时间过后, 无论是否匹配报文则 hard_timeout 字段设置为非 0 当任意一个 timeouts 字段超时后, 交换机会移除该流表表项控制器可以发送删除流表表项修改报文来移除交换机的流表表项可以设置交换机在移除表项后发送流移除报文到控制器

13 指令 : 指导报文如何处理 Instructions 必选的可选的 Write-Actions Goto-Table Meter Apply-Actions Clear-Actions Write-Metadata 写入动作指示处理管道中的下个表指示报文到指定的 meter 不改变动作集, 立即执行动作立即清空动作集写入隐藏的元数据

14 Action & Action Set 每个报文均分配一个动作集, 动作集里面包含多个动作必选的可选的 Output Drop Group Set-Queue Push-Tag /Pop-Tag Set-Field Change-TTL 转发到指定的 OpenFlow 端口无直接动作, 指令集中无 output 动作则丢弃该报文处理报文到指定 Group 设置报文的队列 id 写入 / 弹出标签例如 VLAN, MPLS 等修改报文的头字段修改 TTL,Hop Limit 等字段

15 物理端口 ( 以太网接口等 ) 逻辑端口 ( 环回接口, 聚合接口等 ) 保留端口 ( 使用支持的行动来定义 ) OpenFlow 端口 ALL CONTROLLER TABLE IN_PORT ANY LOCAL NORMAL FLOOD 代表交换机所有可以用来转发特定报文的端口代表 OpenFlow 控制器的控制信道代表 OpenFlow 管道的起点代表报文的进入端口用于某些命令的特殊值, 出入端口不能设为 any 代表交换机本地网络的堆栈和管理堆栈代表传统的非 OpenFlow 交换机管道代表传统的非 OpenFlow 交换机泛洪

Packet Action set Execute Action Set Packet

16 OpenFlow Processing Pipeline OpenFlow 管道处理流程 Packet in Ingress port Action Set=0 Table 0 Packet+ Ingress port+ metadata OpenFlow 管道 Action set Table 1 Table n Packet Action set Execute Action Set Packet Out Note: 管道处理只会向前不会倒退报文无匹配表项则为 Table-Miss

17 Table Miss 每一个流表都需要支持一个匹配流表失败的表项来处理匹配失败 Table-Miss 表项会定义如何处理匹配失败的报文比如送到控制器处理, 丢弃报文或直接送往下一个流表 Table-Miss 表项的优先级为 0 如果 Table-Miss 表项不存在, 默认行为是丢弃报文

18 OpenFlow 组表组表 (Group) 使 OpenFlow 可以支持额外的转发行为组表含有以下组件 : Group Identier Group Type Counters Action Buckets Openflow 定义的 Group Type:ALL Indirect Select Fast failover All Indirect Select Fast failover 执行所有动作桶这个 Group 通常用于组播或者广播执行 Group 中定义的一个桶选取一个动作桶来执行执行第一个有效的动作桶

19 Meter Table Meter 用于测量分配给它的报文的速率, 以达到启用 QoS 的目的 Meter 直接和流表项相关联 Meter Identifier Meter Bands Counters Meter Identifier: 用于识别 meter 的 32bits 长的唯一整数 Meter Bands: 指定速率范围和处理报文的方式 Counters: 当报文被 meter 处理时更新计数器

20 Counters OpenFlow 交换机必须支持上表的计数器类型循环指的是该组件出现在 OpenFlow 交换机上的时间计数器流表参考统计 ( 启用的表项 ) 32 流表项循环 ( 秒 ) 32 接口队列 Bits 接收到报文数 64 传输的报文数 64 循环 ( 秒 ) 32 传输的报文数 64 循环 ( 秒 ) 32 组循环 ( 秒 ) 32 流量循环 ( 秒 )

21 目录 OpenFlow 发展的背景 OpenFlow 的基本概念 OpenFlow 的工作机制 OpenFlow 的基本配置及方案介绍

22 OpenFlow 信道 OpenFlow 信道是连接控制器和每一个 OpenFlow 交换机的接口, 控制器通过该信道设置, 管理交换机通过 OpenFlow 信道的报文都是根据 OpenFlow 协议定义的通常采用 TLS 加密, 但也支持简单的 TCP 直接传输 OpenFlow 协议目前支持三种报文类型 : controller-to-switch Asynchronous symmetric

23 OpenFlow 消息 Controller-to-switch 消息 Feature, 控制器向交换机请求交换机 openflow 能力 Modify-state, 控制器管理交换机流表项和端口状态 Packet-out, 控制器通过交换机指定端口发送报文同步 symmetric 消息 Hello, 用于控制器与交换机建立连接 Echo, 交换机和控制器均可以向对方发送 echo 消息, 接受者需要回复 reply 来测量延迟和保活异步 asynchronous 消息 Packet-in, 交换机发送数据报文给控制器 Port-status, 交换机端口状态发生变化时, 触发该消息, 通知控制器 Flow-removed, 交换机中流表项被删除时, 触发该消息 Error, 交换机发送错误时触发该消息

报文 echo 否协商版本成功 OpenFlow 信道连接正常运行 Echo 超时是根据交换机设置失败终止连接功能请求

24 controller OpenFlow 信道连接 SYN on 6633 OF switch OpenFlow 连接建立成功 hello Feature request Feature reply SYN,ACK Fail secure mode 交换机互相发送 hello 报文 echo 否协商版本成功 OpenFlow 信道连接正常运行 Echo 超时是根据交换机设置失败终止连接功能请求 (Feature Request) 功能响应 (Feature reply) Fail standalone mode 交换机

25 报文上送控制器的处理过程 Receive 报文有无匹配流表项 no Packet in 上送控制器提取报文的特征信息 (mac ip 等 ) 下发 Flow-mode 消息到交换机, 添加流表项 yes 按照匹配的流表项转发下发 packet out 报文, 动作为 out 到 table

26 报文上送控制器的处理过程

27 报文从表 0 开始单播报文流表转发匹配表 N 未匹配 no yes yes 更新计数器 : 执行指令更新动作集更新报文 / 匹配集字段更新元数据 yes 前往表 M no no 执行动作集丢弃

28 单播报文流表转发 OF SW1 OF SW

29 组播报文转发终端发出组播报文后, 控制器为网络下发指导查询组表的流表流表与组表关联

30 目录 OpenFlow 发展的背景 OpenFlow 的基本概念 OpenFlow 的工作机制 OpenFlow 的基本配置及方案介绍

31 OpenFlow 基本配置创建 OpenFlow 实例, 并进入 OpenFlow 实例视图 [Switch] openflow instance instance-id 配置 OpenFlow 实例的类型为全局类型 [Switch-of-inst-instance-id] classification global 配置 OpenFlow 实例对应的 VLAN [Switch-of-inst-instance-id] classification vlan vlan-id [ mask vlan-mask ] [ loosen ] 配置带内管理 VLAN [Switch-of-inst-instance-id] in-band management vlan vlan-list

32 OpenFlow 基本配置配置 Table Miss 表项的缺省动作 Switch-of-inst-instance-id] default table-miss permit 配置连接中断模式 [Switch-of-inst-instance-id] fail-open mode { secure standalone } 配置连接控制器 [Switch-of-inst-instance-id] controller id address ip ip-address local address ip local-ip-address } 激活 OpenFlow 实例 [Switch-of-inst-instance-id] active instance

33 OpenFlow 基本配置查看 OpenFlow 连接是否建立 [H3C]dis openflow instance 1 controller Instance 1 controller information: Reconnect interval: 60 (s) Echo interval : 5 (s) Controller ID : 1 Controller IP address : Controller port : 6633 Local IP address : Local port : 8661 Controller role : Master Connect type : TCP Connect state : Established Packets sent : Packets received : SSL policy : -- VRF name :

VM VM VM VM VM VM VM VM VM SDN 实现场景第三方云平台 /Openstack/iMC VCF Controller Cluster NFVManager 虚拟化管理平台 WAN VxLAN VTEP VxLAN GW VxLAN IP GW OpenFlow + OVSDB OpenFlow + Netconf VxLAN IP GW VxLAN Network

34 VM VM VM VM VM VM VM VM VM SDN 实现场景第三方云平台 /Openstack/iMC VCF Controller Cluster NFVManager 虚拟化管理平台 WAN VxLAN VTEP VxLAN GW VxLAN IP GW OpenFlow + OVSDB OpenFlow + Netconf VxLAN IP GW VxLAN Network Service Service 接入交换机接入交换机 VxLAN GW 接入交换机 vswitch vswitch vswitch SR-IOV Adpt SR-IOV Adpt Server vswitch NFV vswitch NFV Hypervisor Hypervisor Hypervisor KVM KVM OpenFlow + Netconf Service

35 初始流表的下发 OVS 和 Controller 建立连接后,Controller 需要给 OVS 下发初始流表, 否则进入 OVS 的报文查找不到流表项, 做丢弃处理控制器上初始的流表如下 :

36 初始流表的下发 OVS 上的下发的初始流表 : <H3C>display openflow instance 1 flow-table Flow entry 5 information: cookie: 0x2c , priority: 61000, hard time: 0, idle time: 0, flags: flow_send_rem, byte count: 0, packet count: 0 Match information: Ethernet type: 0x0800 IP protocol: 17 UDP source port: 67, mask: 0xffff UDP destination port: 68, mask: 0xffff Instruction information: Write actions: Output interface: Controller, send length: bytes

37 S6800 交换机上的下发的初始流表 : 初始流表的下发 <H3C>display openflow instance 1 flow-table Table 1 information: Table type: Extensibility, flow entry count: 5, total flow entry count: 5 Flow entry 4 information: cookie: 0x2c , priority: 61000, hard time: 0, idle time: 0, flags: flow_send_rem, byte count: 12392, packet count: Match information: Ethernet type: 0x0806 Instruction information: Write actions: Output interface: Controller, send length: bytes

38 VXLAN GW 流表下发 VM 上线时, 虚拟端口将相关 VM 信息上报 VCFC VCFC 通过 OpenFlow 协议给硬件网关或 VSR 下发相应的流表匹配字段是目的 IP 为虚拟端口所连 VM 的 IP output 端口为硬件网关 ( 例如 125x) 或者 VSR 与虚拟端口所在 OVS 之间的 tunnel 口打上 VXLAN 的 VNI, 即流表中的 tunnel id 报文目的 MAC 地址改为虚拟的三层网关地址 faa-aaaa

39 VXLAN GW 流表下发在 VCFC 上通过流表查看 : Output:8960 对应的出口是 tunnel257:

40 VXLAN GW 流表下发 <H3C>display openflow instance 1 flow-table Instance 1 flow table information: Table 0 information: Table type: MAC-IP, flow entry count: 1, total flow entry count: 1 Flow entry 1 information: cookie: 0x4c , priority: 30000, hard time: 0, idle time: 0, flags: check_overlap, byte count: --, packet count: -- Match information: Ethernet type: 0x0800 IPv4 destination address: , mask: Experimenter: Address ID: 2 // 匹配 VLAN Instruction information: Write actions: Output interface: Tun8960 Set field: Ethernet destination MAC address: faa-aaaa TunnelID:0x1 Table 1 information: Table type: Extensibility, flow entry count: 0, total flow entry count:

Chapter #

Chapter # 第三章 TCP/IP 协议栈本章目标通过本章的学习, 您应该掌握以下内容 : 掌握 TCP/IP 分层模型掌握 IP 协议原理理解 OSI 和 TCP/IP 模型的区别和联系 TCP/IP 介绍主机主机 Internet TCP/IP 早期的协议族全球范围 TCP/IP 协议栈 7 6 5 4 3 应用层表示层会话层传输层网络层应用层主机到主机层 Internet 层 2 1 数据链路层