2-OpenFlow通用抽象-上

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Hox Zheng Feb 02, 2018

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深入解析OpenFlow系列-上

基于SDNLAB-未来网络学院<深度解析OpenFlow>系列课程.

OpenFlow中的一些术语

这里引用一组定义的解释, 一些解释可能会在后面的学习中深入体会.

术语 解释
Byte 一个8bit的序列,是网络处理的基本单元.
Packet 以太帧,包括header和payload
Port packets进出OpenFlow pipeline的地方, 由物理端口,Switch定义的逻辑端口,OpenFlow协议定义的reserved端口组成.
Flow table pipeline的一个stage,包含flow entries.
Flow entry flow table 中的元素,用于packets 查找和处理,包括: {用于匹配一组match fields,描述匹配顺序(优先级)的priority, 跟踪记录packets的一组counters, 一组待用的instructions.}
Match Field packet匹配查找时使用的域,包括packet header, 输入端口,和metadata值, 一个match field可以是通配符(匹配任意值),也可以是bitmasked型.
Metadata 一个Maskable register value,用于table之间的信息传递. 可以理解为在表之间做信息传递的寄存器的值.
Instruction 当一个packet匹配某个flow entry时,对应的instruction描述特定的OpenFlow处理. 一个instruction可以直接修改pipeline processing 过程,比如直接把packets发给另一个flow table, 也可以包含一组actions用来添加到action set, 或包含一个action list 立即应用给packet.
Action 转发packet到某一个端口或者修改packet的一个操作. 比如减小TTL值. Actions也可作为flow entry对应的instruction的一部分. 或者在group entry对应的一个action bucket中. Action可以被添加到packet的action set中. 也可以立即应用给匹配的packet.
Action set 与packet 相关的一组action, 当每个flow table处理packet时,会添加action到action set, 当instruction set 表示packet会送出 pipeline时, action set会被执行在这个packet上.
Group 是一个action buckets列表, 从其中选择一个或者多个bucket用在每个packet上.
Action bucket 一组actions 以及相关参数, 在Group中定义.
Tag 通过push 和pop actions 插入packet或从packet删除的一个header.
Outermost tag 离packet起始位置最近的一个tag
Controller 通过Openflow协议与OFS交互的设备
Meter 一个switch基本单位,能测量和控制packets速率,如果packets速率或byte速率经过meter超出预定义的范围,meter会激活一个meter band, 如果meter band drop packet, 就是所谓的Rate Limiter

通用转发抽象模型

抽象模型

  • 除了定义了FlowTable,还定义了GroupTable,和MeterTable.
  • Instruction: 更像计算机中的程序控制指令,而Action更像对数据本身的运算,即对数据包本身的操作.

Flow Table处理流程一览

FlowTable处理流程

  • 网络数据包进入
    • 清空它对应的Action set()
    • 初始化pipeline fields. 类似于metadata
    • 从table0开始匹配
  • 开始匹配
    • 如果匹配成功(操作a)
      • 更新流表项的计数器
      • 执行流表项指令instruction:
        • 更新action set{}
        • 是否跳转到其他流表
    • 如果匹配失败
      • 会和table miss 流表项进行匹配.
        • 如果满足table miss项
          • 执行匹配成功相关操作a
        • 如果依然匹配失败.
          • 丢弃数据包
  • 跳转与否
    • 一个表匹配完毕, 该数据包可能有三中结果.
      • 不匹配任何流表项(包括table miss) => 被丢弃
      • 匹配到流表项, 指令为跳转到table n => 执行跳转,继续匹配.
      • 匹配到流表项, 没有跳转指令 => 执行与数据包对应的action set{}

多级流表处理一览

刚刚学习了单个表的处理流程, 现在来看看多级流表整体是怎样一个流程.

多级流表处理

Flow Table - 流表子模型

流表子模型

  • Match + Action => Flow Entry => Flow Table => 多级流表.
  • 采用多级流表, 是因为如果只有一个流表的话, 表项会太多, 得添加每一种可能的情况, 而采用多级流表, 不仅每一个表的容量变小,而且处理也比较灵活.
  • 一个Entry
    Entry

Flow Entry - 流表项

随着OF的发展, 流表项的内容也越来越丰富.

流表项

流表项

  • 匹配域: 一组网络数据包协议域的组合,用来识别该条表项对应的Flow,也叫待匹配的内容.
  • 优先级: 定义这个流表项的匹配优先级,当同时有多条流表项匹配时,优先选择优先级高的流表项.

所以匹配域+优先级 就可以唯一标识一条Flow, 称为Flow ID.

匹配域

匹配域

但是这种匹配模式,实际上并不是很灵活,OF在1.2版本加入了OXM的TLV匹配域描述; 选择不同类型匹配域的方法是,在匹配域的开头, 添加一个ingress field.

0 表示标准类型, 1 表示OXM类型.

所以, 整个匹配域的结构应该是:

16位表示类型,其中包括标准和OXM的选择.

16位表示匹配域长度

8位表示oxm字段, 如果不是oxm类型,就是0.

8位表示pad

  • TLV: type-length-value的模式 描述一种匹配协议字段.
  • 前32bit的结构:

32bit

  • 匹配类:

    • OFPXMC_NXM_0
    • OFPXMC_NXM_1
    • OFPXMC_OPENFLOW_BASIC
    • OFPXMX_PACKET_REGS
    • OFPXMC_EXPERMENTER

  • 类字段: (描述匹配域的具体类型)

    • 一类是包头的信息, 如以太网的目的地址,等等.
    • pipeline的匹配域. 如输入端口, metadata等等.

  • 掩码标志:

    • 只有一位,1表示有掩嘛.

  • 载荷长度:

    • 定义了TLV格式的整个填充长度, 不包括后面的填充字节.

  • 也许看一个例子,会更好一点:

    • 无掩码目的以太网地址.

    例子1

    • 带掩码的目的以太网地址.

      例子2