OpenFlow Switch学习笔记(六)——Instructions和Actions

　　本文主要重点讨论OpenFlow Switch规范的指令集，它们深刻影响着数据包在Switch中的处理行为，下面开始从以下几个部分谈起。

1、Instructions

　　每一个Flow Entry里都包含有一系列的Instructions，这些Instructions会在与该Flow Entry成功匹配的数据包上执行，进而导致数据包头信息的修改、Action Set的更新或者改变Pipeline Processing的处理行为。Instructions大致有下列几种类型，OpenFlow Switch不需要支持所有的类型，但是加黑的类型必须得支持：

1）Meter meter_id：将数据包直接转发给指定的Meter处理。

2）Apply-Actions action(s)：立即对数据包执行指定的action(s)，而不是将这些action(s)更新到Actions Set中。这些action(s)可能会修改数据包的信息，它们以Action List的形式组织。

3）Clear-Actions：立即清除Actions Set中的所有action(s)。

4）Write-Actions action(s)：将指定的action(s)合并到当前的Actions Set中；如果给定类型的action当前已经存在于Actions Set中，那么会覆写，否则直接加入。

5）Write-Metadata metadata/mask：将指定的metadata值写到当前的Metadata值域中。

6）Goto-Table next-table-id：指定了在Pipeline Processing中的下一张Flow Table。这里的table-id必须大于当前的Flow Table id，并且Pipeline的最后一张Flow Table中不能含有这个指令；如果仅有一张Flow Table的OpenFlow Switch也不能支持该指令。

　　每一个Flow Entry里每种类型（如上列表）的Instruction最多只能有一个，并且这些Instructins必须得按照上述列表的顺序来依次执行。往往在实际上，唯一的限制就是 Meter 指令必须在 Apply-Actions  指令前执行，Clear-Actions 指令必须在 Write-Actions 指令前执行，Goto-Table 必须放在最后执行。

　　一个OpenFlow Swtich必须拒绝它不能支持的Instructions的Flow Entry，并且发出一个unsupported flow error给Remote Controller。Flow Tables可能会不支持每一个match，每一个instruction或者每一个action。

2、Action Set

　　Action Set是与每个数据包相关联的，初始时是一个空集合；一个Flow Entry可以通过Write-Actions或者Clear-Actions指令来修改Action Set，这个Action Set会在不同的Flow Table之间进行传递，当一个Flow Entry的Instructions里不包含Goto-Table指令时，那么整个Pipeline Processing就会在此Flow Entry停止，然后开始执行与该数据包关联的Action Set里所有的action(s)。

　　同样地，一个Action Set里每种类型的action最多只有一个，action类型大致如下所示：

1）copy TTL inwards：在数据包上执行copy TTL inwards操作。

2）pop：pop出数据包里所有的tag。

3）push-MPLS：push MPLS tag到数据包里。

4）push-PBB：push PBB tag到数据包里。

5）push-VLAN：push VLAN tag到数据包里。

6）copy TTL outwards：在数据包上执行copy TTL outwards操作。

7）decrement TTL：降低数据包的TTL。

8）set：在数据包上执行set-fields操作。

9）qos：执行与qos相关的操作，比如set_queue。

10）group：转到指定的Group Table里继续执行其Action Bucket里的action(s)。

11）output：如果没有group action指定，那么将数据包转发到指定的port里。

　　Apply-Actions指令会触发立即执行Action Set里的action(s)，并且这些action(s)必须按照上述列表的顺序来依次执行，而不管这些action(s)加入到Action Set的顺序，另外output action一定要是最后执行的；如果一个Action Set里同时存在output action和group action，那么此时group action将优先被执行，而output action将会被忽略，反之，如果一个Action Set里都不存在output action和group action，那么该数据包将会被丢弃。如果OpenFlow Switch支持的情况下，Group Action Bucket是可以递归执行的，即Action Bucket是可以继续指定另一个Group。

3、Action List

　　 Apply-Actions指令和packet-out消息都包含有一个Action List，这些Action List里的action(s)会依照上文列表的顺序依次执行，并且执行的结果会立即累积地反映到数据包信息里，比如Action List里有两个push-VLAN的action，那么这两个VLAN tag都会被加入到数据包头里。如果Action List里包含有output action，那么基于当前状态的数据包会被克隆一份，进而该克隆体被转发到指定的port里；如果Action List里包含有group action，那么同样地基于当前状态的数据包会被克隆一份，进而该克隆体被转发到指定的Group里。

　　当数据包的Apply-Actions指令执行完成后，Pipeline会继续在修改过的数据包上继续执行后续的处理，而Action Set不会因为Action List的执行被修改。

4、Actions

　　OpenFlow Switch并不需要支持所有的Action类型，但是下面加黑的类型必须得支持：

1）Output：该action指将一个数据包转发到指定的OpenFlow Ports。

2）Set-Queue：该action指为一个数据包设置一个queue id。当一个数据包通过output action转发到某个port时，该queue id 决定了该数据包被放在哪个queue用来调度转发，此方式可以用来实现QoS支持。

3）Drop：没有显示的action来表示丢弃数据包，作为替代方案，如果一个数据包的Action Set里没有output action，那么将此数据包将会被丢弃。

4）Group：将数据包转发到指定的Group继续处理。

5）Push-Tag / Pop-Tag：Switch应该有能力支持下列的push-tag/pop-tag的操作：

6）Set-Fields：不同的set-fields action以其不同的field type来唯一标识，通过它可以修改数据包头的某些值域信息，比如VLAN tag的修改等。

7）Change-TTL：该action可以修改数据包头的IPv4 TTL，IPv6 Hop Limit 或者 MPLS TTL等信息，具体如下：