从三个开源项目认识OpenFlow交换机 - OVS

　　在SDN/NFV的网络革新技术浪潮的引领下，催生了诸多数据面开源方案的诞生。业界知名度较高的有OVS（Open vSwitch）、FD.io (Fast Data I/O)、ODP(Open Data Plane)。

然而，在现有的虚拟交换机中，OVS作为主流的开源方案，是目前大多数虚拟化环境和OpenStack部署中的网络基础,可以在很多SDN/NFV场景下进行灵活部署。

什么是OVS？

　　Open vSwitch是由Nicira公司使用C和Python语言开发实现的遵循开源Apache2.0许可的产品级质量的多层虚拟交换机，目的是让大规模网络通过可编程实现自动化扩展。

它既可以作为一个软件交换机运行在虚拟化层，也可以作为交换芯片的控制栈实现，支持多种标准管理接口和协议（NetFlow, sFlow, SPAN, RSPAN, CLI, LACP, 802.1ag）。

OVS项目的开源发展历史:

　　OVS项目早在2009年，就已孵化诞生，于2012年7月30日发布第一个开源版本V1.7.0，经过这几年的不断发展壮大，到目前为止，OVS开源版本已经更新到V2.6.0。图2简单展示了其开源版本的更新历程。

　　随着其社区生态圈日趋丰富，OVS已经被移植到多种虚拟化平台(XenServer6.0、Xen 、KVM、Proxmox VE、VirtualBox)和交换芯片组。

同时被集成到许多虚拟化管理系统(OpenStack、openQRM、OpenNebula、oVirt)。

此外，内核datapath已经被纳入Linux内核作为发行版的一部分，像知名的Linux操作系统Ubuntu、Debian、Fedora也都提供了datapath的安装包。

OVS同样也支持FreeBSD和NetBSD，更有DPDK( Data Plane Development Kit )助力加速OVS，帮助改善其转发性能。

OVS的组成结构：

　　OVS的构成非常简单,每个部件负责各自的职责，图3描述了其基础架构组成。

　　简单了解完OVS本身，接下来我们通过两个子项目，再进行深入认识：

子项目1：OpenFlow伙伴协议——OF-CONFIG

　　为了对控制器做更好的支持而诞生。因OVS中的OVSDB协议无法很好的服务于交换机的配置管理，所以就促成了OVS需要支持OF-CONFIG协议的需求，从而有了OVS旗下的OF-CONFIG开源子项目。

　　首先简单认识一下，什么是OF-CONFIG？
　　OF-CONFIG协议全称OpenFlow Configuration Protocol，由开放网络基金会ONF（Open Networking Foundation）的配置管理工作组CMWG(Configuration and Management working group)提出，

基于NETCONF协议实现，依赖于NETCONF的操作和传输标准，旨在对OpenFlow交换机实现远程管理。

　　其次，OF-CONFIG能够帮我们完成哪些方面的工作？
　　最新1.2版本的OF-CONFIG协议支持OpenFlow1.3版本的交换机，主要可以完成的功能如表2所示：

　　最后，看一下OVS是如何在现有的基础架构上支持OF-CONFIG？

　　图4显示了OF-CONFIG对接OVS的架构实现，OF-CONFIG server作为一个系统守护进程，和OVSDB server之间通过OVSDB IDL(Interface Definition Language)建立连接。

然后OF-CONFIG server等待来自NETCONF agent的会话连接请求，一个NETCONF会话连接请求对应一个NETCONF agent。NETCONF agent在启动的时候和OF-CONFIG server建立连接，

并和OF-CONFIG client完成会话建立的握手。OF-CONFIG server和OF-CONFIG client之间通过D-BUS或UNIX socket方式的进行内部通信。

子项目2：开放虚拟网络OVN

　　为更好的服务于云计算环境而诞生。由于 Openstack Neutron 的实现架构存在一些性能问题，比如 neutron-server 要与非常多的 agent 之间通信，

存在RPC(Remote Procedure Call Protocol)性能瓶颈，还有 neutron 里用到非常多的 namespace，namespace 资源有限且系统开销比较大，这里也存在性能瓶颈。

　　从长远来看，OVS 社区觉得Neutron 应该让一个其它的项目来做虚拟网络的控制平面，Neutron 只需要提供 API 的处理，

于是 OVS 社区于2015年1月推出了 OVN(Open Virtual Network)，用来给OVS引入一个轻量级的控制平面，致力于提高基于OVS的OpenStack网络方案的扩展性和易用性。

　　首先，看看OVN的实现架构：

　　其次，了解OVN组成结构：

　　图5描述了OVN的总体实现架构，结合表3的描述，我们可以简单了解OVN的每个组件的基本功能实现。

　　OVN 对运行平台没有额外要求，只要能够运行 OVS，就可以运行 OVN，所以 OVN 可以和 Linux，Docker，DPDK 还有 Hyper-V 兼容，从 OVS 升级到 OVN 也是非常容易的。

　　最后，了解一下引入OVN是如何简化OVS在OpenStack中的集成。

　　OpenvSwitch OVN项目将租户的概念引入了OVS，正式向neutron方向发展，提供对L2/L3网络虚拟化的支持。引入OVN架构，通过替代OVS agent、L3 agent和DHCP agent，

从而简化Open vSwitch在Neutron的集成。OVS集成OpenStack在没有OVN和有OVN支持的两种情况下的架构实现如下图所示：

　　通过以上三个开源项目的简单介绍，我们可以认识到，OVS作为一款优秀的开源Openflow交换机，在不断提供丰富功能特性的同时，

也注重和控制器及云管平台的对接支持，从而利用丰富的开源社区生态来组建实现灵活多样的SDN/NFV应用场景。