Open vSwitch系列之一 Open vSwitch诞生
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2006年,SDN诞生于美国GENI项目资助的斯坦福大学Clean Slate课题,斯坦福大学Nick McKeown教授为首的研究团队提出了Openflow的概念用于校园网络的试验创新,后续基于Openflow给网络带来可编程的特性,SDN的概念应运而生。Clean Slate项目的最终目的是要重新发明英特网,旨在改变设计已略显不合时宜,且难以进化发展的现有网络基础架构。

SDN的诞生,打破了网络传统设备制造商领域。SDN架构下,交换机要支持可编程能力,要能够理解控制器下发的流表。网络硬件设备制造商因为成本等因素不提供对硬件进行重新编程的能力; 核心ASIC芯片从设计、定型到市场推广所需的超长周期,使得芯片制造商不愿意对新协议和标准轻易试水,导致硬件缺乏可编程特性。

基于以上两个原因,Nick的学生Martin提出解决办法。Martin认为基于x86的虚拟交换机将会弥补传统硬件交换机转发面灵活性不足这一短板。 2007年8月的某一天,Martin Casado提交了第一个开源虚拟机的commit,这个开源虚拟交换机在2009年五月份正式称之为Open VSwitch。

 如下是初代ovs交换机的硬件

随后,ovs交换得到学术界的认可,并逐步走向商业化。 

Open vSwitch 交换机

Open vSwitch是在开源的Apache2.0许可下的产品级质量的多层虚拟交换标准!它旨在通过编程扩展,使庞大的网络自动化(配置、管理、维护),同时还支持标准的管理接口和协议。

安全:VLAN隔离、流量过滤 监控:NetFlow Qos 自动控制

ovs交换机的角色

在SDN的架构下,ovs作为 SDN交换机,向上连接控制器,向下连接主机。并且Open vSwitch交换机是能够与真是物理交换机通信,相互交流数据。

ovs交换机的组成

  • ovs-vswitchd:ovs守护进程,实现基于流的交换,实现内核datapath upcall 处理以及ofproto 查表,同时是dpdk datapath处理程序。与ovsdb-server通信使用OVSDB协议,与内核模块使用netlink机制通信,与controller通信使用OpenFlow协议。
  • ovsdb-server:OVS轻量级的数据库服务器的服务程序,用于保存整个OVS的配置信息。数据库服务程序, 使用目前普遍认可的ovsdb 协议。
  • ovs-vsctl:网桥、接口等的创建、删除、设置、查询等。
  • ovs-dpctl:配置vswitch内核模块
  • ovs-appctl:发送命令消息到ovs-vswithchd, 查看不同模块状态
  • ovs-ofctl:下发流表信息。该命令可以配置其他openflow 交换机(采用openflow 协议)
  • datapath: Datapath把流的match和action结果缓存,避免后续同样的流继续upcall到用户空间进行流表匹配。
  •  ovs-db:开放虚拟交换机数据库是一种轻量级的数据库,它是一个JSON文件,默认路径:/etc/openvswitch/conf.db;

可以通过命令ovsdb-client dump将数据库结构打印出来。OVSDB中包含一系列记录网桥、端口、QoS等网络配置信息的表,这些表均以JSON格式保存。

每一个ovs交换机中,数据库中存在的表如下:

数据包处理流程

1.ovs的datapath接收到从ovs连接的某个网络设备发来的数据包,从数据包中提取源/目的IP、源/目的MAC、端口等信息。

2.ovs在内核状态下查看流表结构(通过Hash),观察是否有缓存的信息可用于转发这个数据包。

3.假设数据包是这个网络设备发来的第一个数据包,在OVS内核中,将不会有相应的流表缓存信息存在,那么内核将不会知道如何处置这个数据包。所以内核将发送upcall给用户态。

4.ovs-vswitchd进程接收到upcall后,将检查数据库以查询数据包的目的端口是哪里,然后告诉内核应该将数据包转发到哪个端口,例如eth0。

5.内核执行用户此前设置的动作。即内核将数据包转发给端口eth0,进而数据被发送出去。

ovs在OpenStack中的应用 

OpenStack中的网桥br-int、br-tun、br-ex都ovs创建,其中保存流表,用于指定数据流方向。

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