一本SDN入門書籍讀書筆記——SDN 标準分析

交換機轉發面詳解：

OpenFlow交換機轉發面内部（即交換晶片）在邏輯上由兩部分組成：端口port和流表Flow Table。跟Controller通信的通道Controller channel可以認為是一個特殊的port，一個交換機可以有多種端口，也可以有很多級流表；

在OpenFlow協定中，Controller通過一套标準消息接口，告訴交換機，當報從哪些port進來，就要去查那張流表，比對到一條流表項（Flow Entry）之後，就要去執行這條流表項所規定的指令，然後要麼直接轉發出去要麼丢棄，要麼繼續去查找下一個指定的流表（由比對到的這條流表項來指定），然後重複這個過程，知道封包被轉發或者丢棄；

流（Flow）：指在一段時間内，經過同一個網絡的一系列具有相同屬性的順序發送的封包集合；

流有老化時間，如果具有相同屬性的封包隔了足夠長時間發，假設這個時間已經超過了老化時間了，那對于交換機來說，這已經是一條新的流了；

流表（Flow Table):流表就是晶片中一張張的轉發表，每一張流表都由很多條流表項組成，比如一張流表有16K，就是說這張流表有16K條流表項；

流表項（Flow Entry）：流表項是流表的最小機關，每條流表項對應了網絡中傳輸的一條流，流表項是OpenFlow中最核心的元素，根據OpenFlow的标準，每條流表項的組成部分如下：

Match Field 比對字段

Priority 優先級

Counter 計數器

Instruction 指令

Timeout 逾時時間

Cookie 附屬屬性

這裡的流表項的組成部分是指Controller 和交換機之間傳輸的資料結構，是對流表項的邏輯描述，并不是跟晶片轉發表中的實際字段一一對應；

Match Field 比對字段：

比對字段包括保溫本身的資訊（如MacDa，MacSa,Vlan,IPDA,IPSA等）以及跟封包關聯的字段（如封包進來的port，前一張流表傳過來的屬性資料），同一張流表中，裡面不同的流表項的比對字段可以是不同的，也可以相同；

Priority 優先級：

一個封包在流表進行比對查找的時候，是從上到下順序查找的，優先級就是用來标志流表項之間的順序關系的，優先級相同的流表項是平等的，沒有順序關系；Controller往交換機下發流表項的時候，用優先級告訴交換機該條流表項在流表中存放的相對位置；

Counter 計數器：

計數器是管理者用來觀察監控網絡負載情況的非常重要的工具，原則上每條流表項都應該對應一個計數器，來表示屬于這條流的封包已經收到了多少個以及各種其他統計資料（比如多少位元組，多少錯誤的包等）

Instruction 指令：

OpenFlow裡面定義的指令有以下幾種：

Meter：用于測量該Flow的速率并執行相應的動作。按照OpenFlow标準術語，每個Meter包含幾個Band，每個Band對應一個Rate（速率）和動作，Band的意思是如果所測量的Flow速率超過了指定的Rate，就執行相應的動作，動作可以是drop（丢包）或者dscp remark（改寫IP頭部中的dscp值）；

Apply-Action：立即對封包執行一個Action List（動作清單）裡面指定的所有Action，這些Action執行的結果可能影響也可能不影響下一級流表查找；Apply-Action的一個例子是，每條流都出一個Counter(計數器），立即比對該流對應的封包數量進行統計；

Write-Action：并不立即對封包執行動作，而是把一個Action list裡面的多個action放到一個action set動作集合中，等到所有流表都出來完了，再一次性處理這個action set裡面所有action；如果不同的流所放的action有沖突，那麼後面的覆寫前面的；

Clear-Action:如果某條流想把前面的所有流表處理後産生的所有Action Set都清除掉，就要執行Clear-Action的指令；

Write-metadata（metedata可意譯為描述資訊）：代表一條流獨一無二的特征ID；用來在多級流表之間傳遞以達到關聯多級流表的目的。

Goto-Table：繼續下一級指定流表的處理。唯一一個要求必須支援的指令；隻支援單級流表的時候，這個指令沒有意義；

Timeout 逾時時間：

每套流表項可以被老化，timeout就是表示該流的老化時間。OpenFlow定義了兩種老化時間，hard timeout和idle timeout 前者辨別從該流表項建立開始，到了這麼長時間後，無條件删除；後者表示，如果在這麼長時間内，沒有任何封包比對過該流表項，那就删除；前者可以靠軟體做，後者可以必須要靠硬體來做；

Cookie 附屬屬性：

Cookie是被Controller向Switch來傳遞流表項相關的操作資訊的，比如修改Flow，删除Flow等；這個屬性不會在封包轉發的時候被使用，僅僅用于Controller和交換機之間傳遞消息；

端口：OpenFlow中定義三大類端口：

實體端口（Physical Port）：交換機面闆上所有對外可見的實體端口（帶外管理端口除外）；邏輯端口：的一個例子就是，Tunnel；保留端口裡面有多種端口，Controller Channel（連接配接Controller的通道，可以是帶内業務口，也可以是獨立的帶外管理口）就是一種保留端口；

組group：

類似 Flow Table；

group中有一個詞bucket，bcket指一個action list；

ALL 意思是轉發到該group所包含的所有bucket中，可以使用多點傳播實作；

Select：意思是轉發到該group所包含的所有bucket中的一個；

Indirect：在多個Flow中共享Action，這種類型的Group隻包含一個Bucket

Fail-over：保護倒換，就是在正常狀态中，封包隻從這個group的一條路徑轉發出去，一旦這條路徑斷了，備份路徑馬上頂上；

Controller和交換機之間的消息：分為三類，分别是Controller-to-Switch消息，Asynchronous（異步消息）（就是Swich-To-Controller消息）、Symmetric（對稱消息）

1.Controller-To-Switch消息：

從Controller 發往Switch：

Features：Controller用這個消息類型詢問交換機能支援的類型

Configuration：Controller用這個消息類型配置交換機或者查詢交換機配置參數

Modify-State：Controller用這個消息類型來操作流表（add/delete/modify）和group表，以及Ports屬性等；

Read-State：Controller用這個消息類型來擷取交換機各種狀态消息，如Counter

Packed-out：Controller用這個消息類型向外發送比對某條流表項的資料封包；

Barrier：Controller用這個消息類型保證一些其他消息之間的順序；如B消息依賴與A，那麼Controller先朝交換機發送消息A，然後在發送一個Barrier消息，交換機等消息A被執行完後才發送一個對Barrier消息的回複，Controller收到回複後，才會繼續發送消息B；

Role-Request：當交換機連了多個Controller的時候，Controller用這個消息類型向交換機通告自己的角色；

Asynchronous-Configuration：用于Controller告訴交換機對交換機發來的哪些消息感興趣；

2.Asynchronous（異步）消息：

用于交換機想Controller發送，Switch-To-Controller

Packet-in：當有封包比對某條流表項，該流表項action是output to Controller-Port時，這個封包就被通過Packet-in的消息發送到Controller

Flow-removed：當某個流表項被删除的時候（老化或者Controller主動要求删除），一個Flow-removed的消息就會被發送到Controller；

Port-status：當端口狀态發生變化的時候，交換機用這個消息類型告訴Controller通告狀态變化，比如Link down/up；

Error：當交換機發生了一些錯誤的時候，發送這個消息到Controller；

3.Symmetric（對稱消息）：

可以由任何一方發起：

Hello：Controller或者交換機啟動的時候，互發hello消息，通知對方啟動了；

Echo：通過發Echo以及得到reply，确認對方的連接配接沒有問題，也可以用來測量連接配接延時；

Experimenter：用來讓産家進行私有擴充。

Controller的三種角色：

Master：一台交換機所連接配接到的所有Controller中，隻能有一個Master，他對交換機擁有完全的操作權限；

Slave：一台交換機所連接配接到的所有Controlller中，可以有多個Slave，它們對交換機隻有讀取狀态和被動接受交換機消息的權限，不能對交換機進行配置；一旦Master死掉，其中一台Slave就會被選舉為Master，接替原來Master繼續工作，每個Slave可以接受不同的消息類型，進而在個Slave之間進行負載分擔；

Equal：有的網絡希望有多個Controller都能對交換機進行配置，以便負載分擔，這種情況，這些Controller可以被配置為Equal角色，一台交換機允許同時連接配接到多個Equal角色的Controller，這些Controller對交換機擁有跟Master一樣的功能；

OpenFlow系統性能名額：

交換機處理帶寬：晶片決定，無法優化

流表項數量：晶片決定，無法優化

流表項下發能力：即每秒能安裝多少條流表項；這個名額跟OpenFlow交換機收包/處理包能力、晶片SDN對流表項處理能力，Contoller軟體處理以及CPU主頻有很大關系；可以通過提高CPU主頻或者優化軟體來提高；

To-Controller封包轉發：有些封包在交換機裡面比對到某條流表項，這條流表項的動作把封包發送到Controller，Controller經過處理後可能會在把封包通過交換機轉發出去；這個轉發性能決定Controller和交換機兩個元素；

OF-Config：

配置OpenFlow Controller位址；

隊列（Queue）和實體端口（Physical Port）的配置管理；

邏輯端口（Tunnel）的建立和管理；

Controller和交換機之間通信通道的建立和配置，包括安全認證；

交換機的能力發現；

目前OF-Config市場接受度很低；要完成上面的工作有三種做法：

一、使用指令行來配置

二、使用廠商的私有方案

三、重新定義另一種協定，(最著名的是Nicira公司的OVSDB）