SDN实验(二)——Open vSwitch

Open vSwitch是由Nicira Networks主导,运行在虚拟化平台(例如KVM,Xen)上的虚拟交换机。Open vSwitch基于C语言开发,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(比如NetFlow、sFlow、SPAN、RSPAN、CLI、LACP、802.1ag等)。Open vSwitch通过OpenFlow协议由统一的控制器管理,从而实现对接入的虚拟机(或设备)的网络联通。

整体组网结构如下图:
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Open vSwitch内部架构图:
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ovs-vswtichd:主要模块,实现vswitch的守候进程daemon,包括一个支持流交换的Linux内核模块。
ovsdb-server:轻量级数据库服务器,保存配置信息,ovs-vswitchd通过这个数据库获取配置信息。
ovs-dpctl:用来配置vswitch内核模块的一个工具。
ovs-vsctl:主要是获取或者更改ovs-vswitchd的配置信息,此工具操作的时候会更新ovsdb-server中的数据库。
ovs-appctl:一个向ovs-vswtichd的守护进程发送命令的的程序。
datapath:内核模块,根据流表匹配结果做相应处理。
ovs-ofctl:查询和控制OpenFlow虚拟交换机的流表。

Open vSwitch的安装

Open vSwitch网桥管理

在网络中,交换机和桥概念类似,Open vSwitch是一个虚拟交换软件,也就是说,Open vSwitch实现了网桥的功能。学习Open vSwitch的第一步要弄清楚网桥的概念。网桥是连接两个局域网的设备,工作在数据链路层,根据MAC地址来转发帧。在Open vSwitch中创建一个网桥后,此时网络功能不受影响,但是会产生一个虚拟网卡,之所以会产生一个虚拟网卡,是为了实现接下来的网桥(交换机)功能。有了这个网桥以后,还需要为这个网桥增加端口(port),一个端口就是一个物理网卡,当网卡加入到这个网桥之后,其工作方式就和普通交换机的一个端口的工作方式类似了。以下是一个网桥的具体信息:

root@localhost:~# ovs-vsctl show
bc12c8d2-6900-42dd-9c1c-30e8ecb99a1b
Bridge "br0"
    Port "eth0"
        Interface "eth0"
    Port "br0"
        Interface "br0"
            type: internal
ovs_version: "1.4.0+build0"

上述信息显示了一个名为br0的桥(交换机),这个交换机有两个接口,一个是eth0,一个是br0。

上面说到,创建桥的时候会创建一个和桥名字一样的接口,并自动作为该桥的一个端口,那么这个虚拟接口的作用,一方面是可以作为交换机的管理端口,另一方面也是基于这个虚拟接口实现了桥的功能。Open vSwitch的内核模块实现了多个“数据路径”,每个都可以有多个vports。每个数据路径也通过关联流表(flow table)来设置操作,而这些流表中的流都是用户空间在报文头和元数据的基础上映射的关键信息,一般的操作都是将数据包转发到另一个vport。当一个数据包到达一个vport,内核模块所做的处理是提取其流的关键信息并在流表中查找这些关键信息,当有一个匹配的流时它执行对应的操作,如果没有匹配,它会将数据包送到用户空间的处理队列中,作为处理的一部分,用户空间可能会设置一个流用于以后碰到相同类型的数据包可以在内核中执行操作。

ovs-vsctl关于网桥管理的常用命令

init 初始化数据库(前提数据分组为空)
show 打印数据库信息摘要
add-br BRIDGE 添加新的网桥
del-br BRIDGE 删除网桥
list-br 打印网桥摘要信息
list-ports BRIDGE 打印网桥中所有port摘要信息
add-port BRIDGE PORT 向网桥中添加端口
del-port [BRIDGE] PORT 删除网桥上的端口
get-controller BRIDGE 获取网桥的控制器信息
del-controller BRIDGE 删除网桥的控制器信息
set-controller BRIDGE TARGET 向网桥添加控制器

Open vSwitch流表管理

OpenFlow是用于管理交换机流表的协议,ovs-ofctl是Open vSwitch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协议连接Open vSwitch来创建、修改或删除Open vSwitch中的流表项,并对Open vSwitch的运行状况进行动态监控。ovs-ofctl关于流表管理的常用命令如下表所示。
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对于add-flow、add-flows和mod-flows这3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。
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在OpenFlow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,可以用逗号或空格分开,一些常用的字段列举如下表所示。
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Open vSwitchQoS设置

Open vSwitch端口映射

Open vSwitch流量监控