OpenFlow协议

功能

---

• 1.0版本Openflow：控制器通过Openflow协议与交换机建立了安全通道（Sceure Channel），下发流表。

• 1.3版本Openflow：多控制器，多流表。
• 用于实现Controller和Switch之间的通信过程，定义了一系列标准术语。
• 定义了Controller如何来控制Swithch以及Switch如何来反馈Ctroller。
• 定义了Controller和Switch通信过程的消息类型和格式。

版本

---

• 版本升级功能升级。

流表

---

• 相当于传统网络的路由表和CAM表。
• 传统网络的表是死的，给我就按照上面的做，查找转发。
• SDN的流表，很多张，可编程。

流（Flow）

---

• 同一时间内，经过同一网络并且具有相同属性的数据包集合。
• 不同情况流的定义可以不同。一般基于端口以及源目IP。
• SDN体系中，所有的数据都以“流”为单位进行处理。

流表（Flow Table）

---

• 流过来就查表（基于序号查找）。
• 每一张流表都有详细的流表项。
• 每一个流表项中都有相应参数，根据参数做出相应的动作（要么转，要么丢，不转也不丢，下一张表处理）。
• 虽然要递归似的查表，但是节约了计算的时间，总体上转发速度加快。

流表项-1.0版本（Flow Entry）

---

• 不同版本的Openflow的流表项有些区别，下面是Openflow1.0版本的流表项。
• 包含：包头域、计数器、动作三个部分。

包头域（Header Fields）

---

• 除了进接口，传统的2-4层的寻址信息都出现在包头域中（MAC、IP、PORT）。
• Openflow交换机相比传统网络交换机（路由器），是一个模糊的概念，不再区分二者，所以Openflow交换机可以广义的理解为Openflow转发设备（交换机、路由器、防火墙）。

计数器（Counters）

---

• 计数器主要对每张表、每个端口、每个流等进行计数，方便流量监管。
• 为流量可视化奠定了基础。

动作（Actions）

---

• 对匹配到的流进行处理，传统网络中要么转发要么丢弃，没有第三种选择。Openflow1.0中规定了必备动作（Required Actions）和可选动作（Optional Actions）。
• 必备动作-转发（Forward）：
  • ALL：转发到所有出口（不包括入口）。
  • CONTROLLER：封装并转发给控制器。
  • LOCAL：转发给本地网络栈。
  • TABLE：对要发出的包执行流表中的行动。
  • IN_PORT：从入口发出。
• 必要行动-丢弃（Drop）
  • 没有明确指明处理行动的表项，所匹配的所有分组默认丢弃。
• 可选行动-转发
  • NORMAL：按照传统交换机的2层或3层进行转发处理。
  • FLOOD：通过最小生成树从出口泛洪发出，注意不包括入口。传统网络只有在CAM表空或者满了的时候才会泛洪，现在更加灵活。
• 可选行动-入队（Enqueue）
  • 将包转发到绑定到某个端口的队列中。（流控）
• 可选行动-修改域（Modify-field）
  • 修改包头内容。
  • 这个动作是跟传统网络的最大区别，Openflow可以对数据包头部进行修改！（可修改2层-4层的信息）。

流表项—1.3版本

---

• Openflow1.0之后都支持多流表，每张表都有独立的序号，从序号最小的开始匹配。
• Openflow1.3版本包括了匹配域、优先级、计数器、指令、超时时间、附属属性。

匹配域（Match Fields）

---

• 1.0包头域的拓展，除了2-4层的信息，多了MPLS、IPv6、PBB、Tunnel ID等支持。
• 1.0能匹配12个信息，1.3能匹配39个信息。
• Openflow正在覆盖传统网络协议。

优先级（Priority）

---

• 用于标志流表项的匹配优先次序，越高越先匹配，默认为0。
• 支持复杂的策略调度。

计数器（Counters）

---

• 在1.0的基础上，加入了对每组，每个动作的计数。
• 流量统计。

指令（Instructions）

---

• 相当于1.0版本的动作（Actions），但是因为引入了多流表，多了很多复杂操作：
• 行动集：查到行动后，不立即执行，放到一个集合（缓存）中去，最后一起执行。

• 这一段讲述了动作的叠加，集成，清除。
• Required Instruction:Write-Actions action(s)：将指定的行动添加到正在运行的行动集中。
• Required Instruction:Goto-Table next-table-id：指定流水线处理进程中的下一张表的ID。
• Optional Instruction:Apply-Actions action(s)：立即执行指定的行动，而不改变行动集。
• Optional Instruction:Meter meter id：直接将包计量后丢弃。
• Optional Instruction:Clear-Actions：在行动集中立即清除所有的行动。
• Optional Instruction:Write-Metadata metadata / mask：在元数据区域记录元数据。

• 这一段是动作
• Required Actions:Output：报文传输到指定端口。
• Required Actions:Drop：丢弃。
• Required Actions:Group：用组表处理报文。
• Optional Actions:Set-Queue：设置报文队列ID，为了Qos的需要。
• Optional Actions:Push-Tag / Pop-Tag
• Optional Actions:Set-Field：设置报文包头的类型和修改包头的值。
• Optional Actions:Change-TTL：修改TTL的值。

• 动作集顺序

1. copy TTL inwards:apply copy TTL inward actions to the packet.
2. pop:apply all tag pop actions to the packet.
3. push-MPLS:apply MPLS tag push action to the packet.
4. push-PBB:apply PBB tag push action to the packet.
5. push-VLAN:apply VLAN tag push action to the packet.
6. copy TTL outwards:apply copy TTL outwards action to the packet.
7. decrement TTL:apply decrement TTL action to the packet.
8. set:apply all set-field actions to the packet.
9. qos:apply all QoS actions,such as set queue to the packet.
10. group:如果指定了组行动，那么按照这个序列中的顺序执行组行动存储段里的行动。
11. output:如果没有指定组行动，报文就会按照output行动中指定的端口转发。

• 行动集与每个报文相关，默认情况下是空的。
• 一个流表项可以使用Write-Action指令或者Clear-Action指令修改行动集。
• 当一个表项的指令集没有包含Goto-Table指令时，流水线处理就停止了，然后报文的行动集就被执行。
• 交换机可以通过Apply-Actions指令修改行动的执行顺序。
• 行动集包含所有的行动，无论它们按照什么顺序加入到行动集中，行动的顺序均按照上一段顺序执行。

超时时间（Timeouts）

---

• 用于标志该流表项的老化时间，到了超时时间就删除，节约资源保持准确性。

附属信息（Cookie）

---

• 由控制器选择的不透明数据值。控制器用来过滤统计数据、流改变和流删除。但处理数据包时不能使用。

流表匹配—1.1版本（Flow Match）

---

• 引入了多流表，多流表的流表匹配称为流水线处理（Pipeline Process）。交换机从流表0开始查找，序号从小到大匹配。
• 每个包按照优先级去匹配流表中的流表项，优先级高的先匹配（被匹配），一旦匹配成功，对应计数器将更新，动作立即执行；如果没能找到匹配的表项，则转发给控制器。

流表匹配—1.3版本

---

• 1.3版本引入了table-miss的处理和action-set的处理。
• 之前的版本当交换机没有匹配到流表项的时候，直接丢给Controller处理。而table-miss则用于解决这个问题。
• 通过table-miss参数，可以对数据包实现丢弃、给下一个表处理、转发给控制器。
• 还多了一个逻辑层—动作集。动作的累加。
• 多流表操作中，每个表都有独立的指令，这些指令（执行动作）可以在查表的时候执行，也可以通过指令汇总到action-set再叠加执行。
  • 行动集与每个报文相关，默认情况为空。
  • 一个流表项可以使用Write-Action指令或者Clear-Action指令修改行动集。
  • 当一个表项的指令集没有包含Goto-Table指令时，流水线处理就停止了，然后报文的行动集就被执行。
  • 交换机可以通过Apply-Actions指令修改行动的执行顺序。
  • 行动集包含所有的行动，无论它们按照什么顺序加入到行动集中，行动按照指定顺序执行。
• 单表时，只有action动作；多表环境下，多个action操作累加则为action-set动作集。
• 决定action-set中的一堆动作如何工作，便是Instruction指令。指令可以将动作写入、修改到动作集action-set中，或者可以直接在读表时执行。
• 多流表最核心的内容：叠加执行。

流表的生成

---

• 传统路由技术中，建立一张路由表，需要路由器和路由器之间运行路由协议，然后相互交互路由条目，之后达到路由共享。这种架构是一种P2P架构（双方对等）。
• SDN的想法是类似的，在控制器和交换机直接运行Openflow协议，不同的是，这里是一种C/S架构（客户端服务器架构）。由控制器统一计算后再下发给Openflow交换机流表项信息。