LINUX教程：基于 Open vSwitch 的 OpenFlow 实践

概述介绍《LINUX教程：基于 Open vSwitch 的 OpenFlow 实践》开发教程，希望对您有用。

《liNUX教程：基于 Open vSwitch 的 OpenFlow 实践》要点：
本文介绍了liNUX教程：基于 Open vSwitch 的 OpenFlow 实践，希望对您有用。如果有疑问，可以联系我们。

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拜访策略、网络隔离、流量监控等等.

OVS 遵循 Apache 2.0 许可证,能同时支持多种尺度的管理接口和协议.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,有几个异常重要的概念：

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,也便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 *** 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 *** 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.

在我们的实验情况中,使用的 *** 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

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,反省 OVS 的运行情况：

12345

$ ps -ea | grep ovs12533 ?        00:00:00 ovs_workq12549 ?        00:00:04 ovsdb-server12565 ?        00:00:48 ovs-vswitchd12566 ?        00:00:00 ovs-vswitchd

查看 OVS 的版本信息,我们安装版本的是 1.11.0

123	$ ovs-appctl --versionovs-appctl (Open vSwitch) 1.11.0Compiled Oct 28 2013 14:17:16

查看 OVS 支持的 OpenFlow 协定的版本

1234	$ ovs-ofctl --versionovs-ofctl (Open vSwitch) 1.11.0Compiled Oct 28 2013 14:17:17OpenFlow 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,创立、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.

图 1. OpenFlow 的匹配流程

 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,流表中的条目包括：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 会通过节制通道把数据包发到 OpenFlow 节制器中.

在 OVS 中,流表项作为 ovs-ofctl 的参数,采纳如下的格式：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 代表不包括 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,依照指定的先后顺序执行.

常见的 *** 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 tagstrip_vlan: 移除数据包中的 VLAN tagmod_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 *** 作 OpenFlow 命令

在本例中,我们会创立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 *** 作 OpenFlow 流表.

创立一个新的 OVS 交换机

1	$ ovs-vsctl add-br ovs-switch

创立一个端口 p0,设置端口 p0 的 OpenFlow 端口编号为 100(如果在创立端口的时候没有指定 OpenFlow 端口编号,OVS 会自动生成一个).

1	$ 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 系统中创立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.

12345678910

$ ovs-vsctl set Interface p0 type=internal$ ethtool -i p0driver: openvswitchversion: firmware-version: bus-info: supports-statistics: nosupports-test: nosupports-eeprom-access: nosupports-register-dump: no

为了避免网络接口上的地址和本机已有网络地址冲突,我们可以创立一个虚拟网络空间 ns0,把 p0 接口移入网络空间 ns0,并配置 IP 地址为 192.168.1.100

1234	$ ip netns add ns0$ ip link set p0 netns ns0$ ip netns exec ns0 ip addr add 192.168.1.100/24 dev p0$ ip netns exec ns0 ifconfig p0 promisc up

使用同样的办法创建端口 p1、p2

表 2. 创建的端口信息

端口	阐明
p0	IP 地址: 192.168.1.100/24 网络名称空间: ns0 网络接口 MAC 地址: 66:4e:cc:ae:4d:20 OpenFlow Port Number: 100
p1	IP 地址: 192.168.1.101/24 网络名称空间: ns1 网络接口 MAC 地址: 46:54:8a:95:dd:f8 OpenFlow Port Number: 101
p2	IP 地址: 192.168.1.102/24, 网络名称空间: ns2 网络接口 MAC 地址: 86:3b:c8:d0:44:10 OpenFlow Port Number: 102

创建所有的端口之后,查看 OVS 交换机的信息

123456789101112131415

$ ovs-vsctl show30282710-d401-4187-8e13-52388f693df7    BrIDge ovs-switch        Port "p0"            Interface "p0"                type: internal        Port "p2"            Interface "p2"                type: internal        Port "p1"            Interface "p1"                type: internal        Port ovs-switch            Interface ovs-switch                type: internal

使用 ovs-ofctl 创立并测试 OpenFlow 命令

查看 Open vSwitch 中的端口信息.从输出成果中,可以获得交换机对应的 datapath ID (dpID),以及每个端口的 OpenFlow 端口编号,端口名称,当前状态等等.

1234567891011121314151617181920212223

$ ovs-ofctl show ovs-switchOFPT_FEATURES_REPLY (xID=0x2): dpID:00001232a237ea45n_tables:254,n_buffers:256capabilitIEs: FLOW_STATS table_STATS PORT_STATS QUEUE_STATS ARP_MATCH_IPactions: OUTPUT SET_VLAN_VID SET_VLAN_PCP STRIP_VLAN SET_DL_SRC SET_DL_DST SET_NW_SRC SET_NW_DST SET_NW_TOS SET_TP_SRC SET_TP_DST ENQUEUE 100(p0): addr:54:01:00:00:00:00     config:    PORT_DOWN     state:      link_DOWN     speed: 0 Mbps Now,0 Mbps max 101(p1): addr:54:01:00:00:00:00     config:    PORT_DOWN     state:      link_DOWN     speed: 0 Mbps Now,0 Mbps max 102(p2): addr:54:01:00:00:00:00     config:    PORT_DOWN     state:      link_DOWN     speed: 0 Mbps Now,0 Mbps max LOCAL(ovs-switch): addr:12:32:a2:37:ea:45     config:    0     state:      0     speed: 0 Mbps Now,0 Mbps maxOFPT_GET_CONfig_REPLY (xID=0x4): frags=normal miss_send_len=0

如果想获得网络接口的 OpenFlow 编号,也可以在 OVS 的数据库中查询

12	$ ovs-vsctl get Interface p0 ofport100

查看 datapath 的信息

123456789

$ ovs-dpctl showsystem@ovs-system:lookups: hit:12173 missed:712 lost:0flows: 0port 0: ovs-system (internal)port 1: ovs-switch (internal)port 2: p0 (internal)port 3: p1 (internal)port 4: p2 (internal)

屏障数据包

屏障所有进入 OVS 的以太网广播数据包

1	$ ovs-ofctl add-flow ovs-switch "table=0,dl_src=01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00,actions=drop"

屏障 STP 协议的广播数据包

1	$ ovs-ofctl add-flow ovs-switch "table=0,dl_dst=01:80:c2:00:00:00/ff:ff:ff:ff:ff:f0,actions=drop"

改动数据包

添加新的 OpenFlow 条目,改动从端口 p0 收到的数据包的源地址为 9.181.137.1

12	$ ovs-ofctl add-flow ovs-switch "priority=1 IDle_timeout=0,\    in_port=100,actions=mod_nw_src:9.181.137.1,normal"

从端口 p0(192.168.1.100)发送测试数据到端口 p1(192.168.1.101)

1	$ ip netns exec ns0 Ping 192.168.1.101

在接收端口 p1 监控数据,发现接收到的数据包的来源已经被改动为 9.181.137.1

12345

$ ip netns exec ns1 tcpdump -i p1 icmptcpdump: verbose output suppressed,use -v or -vv for full protocol decodeListening on p1,link-type EN10MB (Ethernet),capture size 65535 bytes15:59:16.885770 IP 9.181.137.1 > 192.168.1.101: ICMP echo request,ID 23111,seq 457,length 6415:59:17.893809 IP 9.181.137.1 > 192.168.1.101: ICMP echo request,seq 458,length 64

重定向数据包

添加新的 OpenFlow 条款,重定向所有的 ICMP 数据包到端口 p2

1	$ ovs-ofctl add-flow ovs-switch IDle_timeout=0,dl_type=0x0800,nw_proto=1,actions=output:102

从端口 p0 (192.168.1.100)发送数据到端口 p1(192.168.1.101)

1	$ ip netns exec ns0 Ping 192.168.1.101

在端口 p2 上监控数据,发现数据包已被转发到端口 p2

12345

$ ip netns exec ns3 tcpdump -i p2 icmptcpdump: verbose output suppressed,use -v or -vv for full protocol decodeListening on p2,capture size 65535 bytes16:07:35.677770 IP 192.168.1.100 > 192.168.1.101: ICMP echo request,ID 23147,seq 25,length 6416:07:36.685824 IP 192.168.1.100 > 192.168.1.101: ICMP echo request,seq 26,length 64

修改数据包的 VLAN Tag

除了使用“Ping”、“tcpdump”和“iperf” 等 linux 命令以外,我们也可以使用 OVS 提供的 ovs-appctl ofproto/trace 工具来测试 OVS 对数据包的转发状况.ovs-appctl ofproto/trace 可以用来生成测试用的模拟数据包,并一步步的展示 OVS 对数据包的流处置过程.在以下的例子中,我们演示一下如何使用这个命令：

改动端口 p1 的 VLAN tag 为 101,使端口 p1 成为一个隶属于 VLAN 101 的端口

1	$ ovs-vsctl set Port p1 tag=101

现在由于端口 p0 和 p1 属于不同的 VLAN,它们之间无法进行数据交换.我们使用 ovs-appctl ofproto/trace 生成一个从端口 p0 发送到端口 p1 的数据包,这个数据包不包括任何 VLAN tag,并观察 OVS 的处理过程

123456789101112

$ ovs-appctl ofproto/trace ovs-switch in_port=100,dl_src=66:4e:cc:ae:4d:20,dl_dst=46:54:8a:95:dd:f8 -generateFlow:Metadata=0,in_port=100,vlan_tci=0x0000, dl_dst=46:54:8a:95:dd:f8,dl_type=0x0000Rule: table=0 cookie=0 priority=0OpenFlow actions=norMALno learned MAC for destination,flooding Final flow: unchangedRelevant fIElds: skb_priority=0,vlan_tci=0x0000/0x1fff,\dl_src=66:4e:cc:ae:4d:20,dl_dst=46:54:8a:95:dd:f8,dl_type=0x0000,nw_frag=noDatapath actions: 4,1

在第一行输出中,“Flow:”之后的字段描述了输入的流的信息.由于我们没有指定太多信息,所以多半字段 (例如 dl_type 和 vlan_tci)被 OVS 设置为空值.

在第二行的输出中,“Rule:” 之后的字段描述了匹配胜利的流表项.

在第三行的输出中,“OpenFlow actions”之后的字段描写了实际执行的 *** 作.

最后一段以”Final flow”开始的字段是整个处置过程的总结,“Datapath actions: 4,1”代表数据包被发送到 datapath 的 4 和 1 号端口.

创建一条新的 Flow：对于从端口 p0 进入交换机的数据包,如果它不包括任何 VLAN tag,则自动为它添加 VLAN tag 101

12	$ ovs-ofctl add-flow ovs-switch "priority=3,dl_vlan=0xffff,\actions=mod_vlan_vID:101,normal"

再次尝试从端口 p0 发送一个不包括任何 VLAN tag 的数据包,发现数据包进入端口 p0 之后,会被加上 VLAN tag101,同时转发到端口 p1 上

12345678910111213

$ ovs-appctl ofproto/trace ovs-switch in_port=100,dl_dst=46:54:8a:95:dd:f8 –generateFlow: Metadata=0,dl_dst=46:54:8a:95:dd:f8,dl_type=0x0000Rule: table=0 cookie=0 priority=3,vlan_tci=0x0000OpenFlow actions=mod_vlan_vID:101,norMALforwarding to learned port Final flow: Metadata=0,dl_vlan=101,dl_vlan_pcp=0,dl_dst=46:54:8a:95:dd:f8,dl_type=0x0000Relevant fIElds: skb_priority=0,dl_dst=46:54:8a:95:dd:f8,nw_frag=noDatapath actions: 3

反过来从端口 p1 发送数据包,由于 p1 如今是带有 VLAN tag 101 的 Access 类型的端口,所以数据包进入端口 p1 之后,会被 OVS 添加 VLAN tag 101 并发送到端口 p0

123456789101112

$ ovs-appctl ofproto/trace ovs-switch in_port=101,dl_dst=66:4e:cc:ae:4d:20,dl_src=46:54:8a:95:dd:f8 -generateFlow: Metadata=0,in_port=101,dl_src=46:54:8a:95:dd:f8,dl_dst=66:4e:cc:ae:4d:20,dl_type=0x0000Rule: table=0 cookie=0 priority=0OpenFlow actions=norMALforwarding to learned port Final flow: unchangedRelevant fIElds: skb_priority=0,dl_dst=66:4e:cc:ae:4d:20,nw_frag=noDatapath actions: push_vlan(vID=101,pcp=0),2

其他 OpenFlow 常用的 *** 作

查看互换机中的所有 table

1	ovs-ofctl dump-tables ovs-switch

查看互换机中的所有流表项

1	ovs−ofctl dump−flows ovs-switch

删除编号为 100 的端口上的所有流表项

1	ovs-ofctl del-flows ovs-switch "in_port=100"

查看互换机上的端口信息

1	ovs-ofctl show ovs-switch

通过 Floodlight 管理 OVS

一方面,OpenFlow 控制器可以通过 OpenFlow 协议连接到任何支持 OpenFlow 的交换机,控制器通过和交换机交换流表规则来控制数据流向.另一方面,OpenFlow 控制器向用户提供的界面或者接口,用户可以通过界面对网络架构进行动态的改动,改动交换机的流表规则等等.Floodlight 是一个基于 Apache 协议,使用 Java 开发的企业级 OpenFlow 控制器.我们在下面的例子中演示如何安装 Floodlight,并连接管理 OVS 的过程.

Floodlight 的安装过程异常简单,在另外一台机器上,下载 Floodlight 源码并编译

1234	$ git clone git://github.com/floodlight/floodlight.git$ cd floodlight/$ ant$ java -jar target/floodlight.jar

运行 Floodlight

1	$ java -jar floodlight.jar

在安装了 OVS 交换机的节点上,配置 OVS 交换机 ovs-switch,使用 Floodlight 作为控制器.默认情况下,Floodlight 在端口 6633 上进行监听,我们使用 ovs-vsctl 命令配置 OVS 交换机使用 TCP 协议连接到 Floodlight(IP 地址为 9.181.137.182,端标语 6633).对于一个 OVS 交换机来说,可以同时配置一个或者多个控制器

$ ovs-vsctl set-controller ovs-switch tcp:9.181.137.182:6633

当 OVS 交换机连接到 Floodlight 控制器后,理论上所有的流表规则应该交给控制器来建立.由于 OVS 交换机和控制器之间是通过网络通讯来传递数据的,所以网络连接失败会影响到 Flow 的建立.针对这种情况,OVS 提供了两种处置模式：

standlone: 默认模式.如果 OVS 交换机超过三次无法正常连接到 OpenFlow 控制器,OVS 交换机本身会负责建立流表.在这种模式下,OVS 和常见的 L2 交换机相似.与此同时,OVS 也会继续尝试连接控制器,一旦网络连接恢复,OVS 会再次切换到使用控制器进行流表管理.secure: 在 secure 模式下,如果 OVS 无法正常连接到 OpenFlow 控制器,OVS 会不停的尝试与控制器重新建立连接,而不会本身负责建立流表.

设置 OVS 的连接模式为 secure 模式

1	$ ovs-vsctl set BrIDge ovs-switch fail-mode=secure

查看 OVS 的状态,“is_connected:true”代表 OVS 已经胜利连接到了 Floodlight

123456789101112131415161718

$ ovs-vsctl show30282710-d401-4187-8e13-52388f693df7    BrIDge ovs-switch        Controller "tcp:9.181.137.182:6633"            is_connected: true        Port ovs-switch            Interface ovs-switch                type: internal        Port "p0"            Interface "p0"                type: internal        Port "p1"            tag: 101            Interface "p1"                type: internal        Port "p2"            Interface "p2"                type: internal

通过拜访 Floodlight 提供的 Web 管理界面 http://<Host Address>:8080/ui/index.HTML,我们可以查看 Floodlight 控制器的状态以及所有连接到 Floodlight 的交换机列表

图 2. Floodlight 主界面

 

选中某个 OpenFlow 交换机,查看此中的端口列表和流表信息

图 3. 查看 OpenFlow 互换机的详细信息

点击查看年夜图

 

通过 Floodlight 的 RESTAPI,添加两条新的规矩让端口 p0 和 p1 可以相互通讯.注意：替换命令行中的 switch 的 ID 为交换机的 datapath ID

1234567

curl -d '{"switch": "00:00:0e:f9:05:6b:7c:44","name":"my-flow1","cookie":"0","priority":"32768","ingress-port":"100","active":"true","actions":"output=flood"}' http://9.181.137.182:8080/wm/staticflowentrypusher/Json curl -d '{"switch": "00:00:0e:f9:05:6b:7c:44","name":"my-flow2","ingress-port":"101","actions":"output=flood"}' http://9.181.137.182:8080/wm/staticflowentrypusher/Json

验证是否能从端口 p0 发送数据包到 p1

12345678910

$ ip netns exec ns0 Ping -c4 192.168.1.101Ping 192.168.1.101 (192.168.1.101) 56(84) bytes of data.64 bytes from 192.168.1.101: icmp_req=1 ttl=64 time=0.027 ms64 bytes from 192.168.1.101: icmp_req=2 ttl=64 time=0.018 ms64 bytes from 192.168.1.101: icmp_req=3 ttl=64 time=0.023 ms64 bytes from 192.168.1.101: icmp_req=4 ttl=64 time=0.022 ms --- 192.168.1.101 Ping statistics ---4 packets transmitted,4 received,0% packet loss,time 2998msrtt min/avg/max/mdev = 0.018/0.022/0.027/0.005 ms

在 OVS 端也可以看到,流表规则已经被 OVS 同步到当地.

123456

$ ovs-ofctl dump-flows ovs-switchNXST_FLOW reply (xID=0x4): cookie=0xa0000000000000,duration=335.122s,table=0,n_packets=347,n_bytes=28070,  IDle_age=1,in_port=100 actions=FLOOD cookie=0xa0000000000000,duration=239.892s,n_packets=252,n_bytes=24080,  IDle_age=0,in_port=101 actions=FLOOD

通过 Floodlight 的 RestAPI,查看交换机上的流表规矩

1	curl http://9.181.137.182:8080/wm/staticflowentrypusher/List/00:00:0e:f9:05:6b:7c:44/Json

通过 Floodlight 的 RestAPI,删除交换机上的流表规矩

1	curl http://9.181.137.182:8080/wm/staticflowentrypusher/clear/00:00:0e:f9:05:6b:7c:44/Json

总结

通过本文的讲述和实验,我们了解了 Open vSwitch 以及 OpenFlow 的基本概念,以及通过 OpenFlow 协议改动 Open vSwitch 中的流表项,最后演示了如何使用 Floodlight 连接 Open vSwitch 并进行管理.

本文永远更新链接地址：

《liNUX教程：基于 Open vSwitch 的 OpenFlow 实践》是否对您有启发，欢迎查看更多与《liNUX教程：基于 Open vSwitch 的 OpenFlow 实践》相关教程，学精学透。内存溢出PHP学院为您提供精彩教程。

总结

以上是内存溢出为你收集整理的LINUX教程：基于 Open vSwitch 的 OpenFlow 实践全部内容，希望文章能够帮你解决LINUX教程：基于 Open vSwitch 的 OpenFlow 实践所遇到的程序开发问题。

如果觉得内存溢出网站内容还不错，欢迎将内存溢出网站推荐给程序员好友。