软件定义网络-OpenvSwitch

news2024/11/25 3:53:33

软件定义网络（SDN）。它主要有以下三个特点：

控制与转发分离：转发平面就是一个个虚拟或者物理的网络设备，就像小区里面的一条条路。控制平面就是统一的控制中心，就像小区物业的监控室。它们原来是一起的，物业管理员要从监控室出来，到路上去管理设备，现在是分离的，路就是走人的，控制都在监控室。
控制平面与转发平面之间的开放接口：控制器向上提供接口，被应用层调用，就像总控室提供按钮，让物业管理员使用。控制器向下调用接口，来控制网络设备，就像总控室会远程控制电梯的速度。这里经常使用两个名词，前面这个接口称为北向接口，后面这个接口称为南向接口，上北下南嘛。
逻辑上的集中控制：逻辑上集中的控制平面可以控制多个转发面设备，也就是控制整个物理网络，因而可以获得全局的网络状态视图，并根据该全局网络状态视图实现对网络的优化控制，就像物业管理员在监控室能够看到整个小区的情况，并根据情况优化出入方案。

OpenFlow 是 SDN 控制器和网络设备之间互通的南向接口协议，OpenvSwitch 用于创建软件的虚拟交换机。OpenvSwitch 是支持 OpenFlow 协议的，当然也有一些硬件交换机也支持 OpenFlow 协议。它们都可以被统一的 SDN 控制器管理，从而实现物理机和虚拟机的网络连通。

在 OpenvSwitch 里面，有一个流表规则，任何通过这个交换机的包，都会经过这些规则进行处理，从而接收、转发、放弃。

那流表长啥样呢？其实就是一个个表格，每个表格好多行，每行都是一条规则。每条规则都有优先级，先看高优先级的规则，再看低优先级的规则。

对于每一条规则，要看是否满足匹配条件。这些条件包括，从哪个端口进来的，网络包头里面有什么等等。满足了条件的网络包，就要执行一个动作，对这个网络包进行处理。可以修改包头里的内容，可以跳到任何一个表格，可以转发到某个网口出去，也可以丢弃。

通过这些表格，可以对收到的网络包随意处理。

通过上面的表格可以看出，简直是想怎么处理怎么处理，可以覆盖 TCP/IP 协议栈的四层。

对于物理层：

匹配规则包括从哪个口进来；
执行动作包括从哪个口出去。

对于 MAC 层：

匹配规则包括：源 MAC 地址是多少？（dl_src），目标 MAC 是多少？（dl_dst），所属 vlan 是多少？（dl_vlan）；
执行动作包括：修改源 MAC（mod_dl_src），修改目标 MAC（mod_dl_dst），修改 VLAN（mod_vlan_vid），删除 VLAN（strip_vlan），MAC 地址学习（learn）。

对于网络层：

匹配规则包括：源 IP 地址是多少？(nw_src)，目标 IP 是多少？（nw_dst）。
执行动作包括：修改源 IP 地址（mod_nw_src），修改目标 IP 地址（mod_nw_dst）。

对于传输层：

匹配规则包括：源端口是多少？（tp_src），目标端口是多少？（tp_dst）。
执行动作包括：修改源端口（mod_tp_src），修改目标端口（mod_tp_dst）。

总而言之，对于 OpenvSwitch 来讲，网络包到了手里，就是一个 Buffer，想怎么改怎么改，想发到哪个端口就发送到哪个端口。

在 OpenvSwitch 里面，有个 bond_mode，可以设置为以下三个值：

active-backup：一个连接是 active，其他的是 backup，只有当 active 失效的时候，backup 才顶上；
balance-slb：流量按照源 MAC 和 output VLAN 进行负载均衡；
balance-tcp：必须在支持 LACP 协议的情况下才可以，可根据 L2、L3、L4 进行负载均衡（L2、L3、L4 指的是网络协议 2、3、4 层）

OpenvSwitch 包含很多的模块，在用户态有两个重要的进程，也有两个重要的命令行工具。

第一个进程是 OVSDB 进程。ovs-vsctl 命令行会和这个进程通信，去创建虚拟交换机，创建端口，将端口添加到虚拟交换机上，OVSDB 会将这些拓扑信息保存在一个本地的文件中。
第二个进程是 vswitchd 进程。ovs-ofctl 命令行会和这个进程通信，去下发流表规则，规则里面会规定如何对网络包进行处理，vswitchd 会将流表放在用户态 Flow Table 中。

在内核态，OpenvSwitch 有内核模块 OpenvSwitch.ko。他会在网卡上注册一个函数，每当有网络包到达网卡的时候，这个函数就会被调用。

在内核的这个函数里面，会拿到网络包，将各个层次的重要信息拿出来，例如：