一本SDN入门书籍读书笔记——SDN 标准分析

交换机转发面详解：

OpenFlow交换机转发面内部（即交换芯片）在逻辑上由两部分组成：端口port和流表Flow Table。跟Controller通信的通道Controller channel可以认为是一个特殊的port，一个交换机可以有多种端口，也可以有很多级流表；

在OpenFlow协议中，Controller通过一套标准消息接口，告诉交换机，当报从哪些port进来，就要去查那张流表，匹配到一条流表项（Flow Entry）之后，就要去执行这条流表项所规定的指令，然后要么直接转发出去要么丢弃，要么继续去查找下一个指定的流表（由匹配到的这条流表项来指定），然后重复这个过程，知道报文被转发或者丢弃；

流（Flow）：指在一段时间内，经过同一个网络的一系列具有相同属性的顺序发送的报文集合；

流有老化时间，如果具有相同属性的报文隔了足够长时间发，假设这个时间已经超过了老化时间了，那对于交换机来说，这已经是一条新的流了；

流表（Flow Table):流表就是芯片中一张张的转发表，每一张流表都由很多条流表项组成，比如一张流表有16K，就是说这张流表有16K条流表项；

流表项（Flow Entry）：流表项是流表的最小单位，每条流表项对应了网络中传输的一条流，流表项是OpenFlow中最核心的元素，根据OpenFlow的标准，每条流表项的组成部分如下：

Match Field 匹配字段

Priority 优先级

Counter 计数器

Instruction 指令

Timeout 超时时间

Cookie 附属属性

这里的流表项的组成部分是指Controller 和交换机之间传输的数据结构，是对流表项的逻辑描述，并不是跟芯片转发表中的实际字段一一对应；

Match Field 匹配字段：

匹配字段包括保温本身的信息（如MacDa，MacSa,Vlan,IPDA,IPSA等）以及跟报文关联的字段（如报文进来的port，前一张流表传过来的属性数据），同一张流表中，里面不同的流表项的匹配字段可以是不同的，也可以相同；

Priority 优先级：

一个报文在流表进行匹配查找的时候，是从上到下顺序查找的，优先级就是用来标志流表项之间的顺序关系的，优先级相同的流表项是平等的，没有顺序关系；Controller往交换机下发流表项的时候，用优先级告诉交换机该条流表项在流表中存放的相对位置；

Counter 计数器：

计数器是管理员用来观察监控网络负载情况的非常重要的工具，原则上每条流表项都应该对应一个计数器，来表示属于这条流的报文已经收到了多少个以及各种其他统计数据（比如多少字节，多少错误的包等）

Instruction 指令：

OpenFlow里面定义的指令有以下几种：

Meter：用于测量该Flow的速率并执行相应的动作。按照OpenFlow标准术语，每个Meter包含几个Band，每个Band对应一个Rate（速率）和动作，Band的意思是如果所测量的Flow速率超过了指定的Rate，就执行相应的动作，动作可以是drop（丢包）或者dscp remark（改写IP头部中的dscp值）；

Apply-Action：立即对报文执行一个Action List（动作列表）里面指定的所有Action，这些Action执行的结果可能影响也可能不影响下一级流表查找；Apply-Action的一个例子是，每条流都出一个Counter(计数器），立即匹配该流对应的报文数量进行统计；

Write-Action：并不立即对报文执行动作，而是把一个Action list里面的多个action放到一个action set动作集合中，等到所有流表都出来完了，再一次性处理这个action set里面所有action；如果不同的流所放的action有冲突，那么后面的覆盖前面的；

Clear-Action:如果某条流想把前面的所有流表处理后产生的所有Action Set都清除掉，就要执行Clear-Action的指令；

Write-metadata（metedata可意译为描述信息）：代表一条流独一无二的特征ID；用来在多级流表之间传递以达到关联多级流表的目的。

Goto-Table：继续下一级指定流表的处理。唯一一个要求必须支持的指令；只支持单级流表的时候，这个指令没有意义；

Timeout 超时时间：

每套流表项可以被老化，timeout就是表示该流的老化时间。OpenFlow定义了两种老化时间，hard timeout和idle timeout 前者标识从该流表项创建开始，到了这么长时间后，无条件删除；后者表示，如果在这么长时间内，没有任何报文匹配过该流表项，那就删除；前者可以靠软件做，后者可以必须要靠硬件来做；

Cookie 附属属性：

Cookie是被Controller向Switch来传递流表项相关的操作信息的，比如修改Flow，删除Flow等；这个属性不会在报文转发的时候被使用，仅仅用于Controller和交换机之间传递消息；

端口：OpenFlow中定义三大类端口：

物理端口（Physical Port）：交换机面板上所有对外可见的物理端口（带外管理端口除外）；逻辑端口：的一个例子就是，Tunnel；保留端口里面有多种端口，Controller Channel（连接Controller的通道，可以是带内业务口，也可以是独立的带外管理口）就是一种保留端口；

组group：

类似 Flow Table；

group中有一个词bucket，bcket指一个action list；

ALL 意思是转发到该group所包含的所有bucket中，可以使用组播实现；

Select：意思是转发到该group所包含的所有bucket中的一个；

Indirect：在多个Flow中共享Action，这种类型的Group只包含一个Bucket

Fail-over：保护倒换，就是在正常状态中，报文只从这个group的一条路径转发出去，一旦这条路径断了，备份路径马上顶上；

Controller和交换机之间的消息：分为三类，分别是Controller-to-Switch消息，Asynchronous（异步消息）（就是Swich-To-Controller消息）、Symmetric（对称消息）

1.Controller-To-Switch消息：

从Controller 发往Switch：

Features：Controller用这个消息类型询问交换机能支持的类型

Configuration：Controller用这个消息类型配置交换机或者查询交换机配置参数

Modify-State：Controller用这个消息类型来操作流表（add/delete/modify）和group表，以及Ports属性等；

Read-State：Controller用这个消息类型来获取交换机各种状态消息，如Counter

Packed-out：Controller用这个消息类型向外发送匹配某条流表项的数据报文；

Barrier：Controller用这个消息类型保证一些其他消息之间的顺序；如B消息依赖与A，那么Controller先朝交换机发送消息A，然后在发送一个Barrier消息，交换机等消息A被执行完后才发送一个对Barrier消息的回复，Controller收到回复后，才会继续发送消息B；

Role-Request：当交换机连了多个Controller的时候，Controller用这个消息类型向交换机通告自己的角色；

Asynchronous-Configuration：用于Controller告诉交换机对交换机发来的哪些消息感兴趣；

2.Asynchronous（异步）消息：

用于交换机想Controller发送，Switch-To-Controller

Packet-in：当有报文匹配某条流表项，该流表项action是output to Controller-Port时，这个报文就被通过Packet-in的消息发送到Controller

Flow-removed：当某个流表项被删除的时候（老化或者Controller主动要求删除），一个Flow-removed的消息就会被发送到Controller；

Port-status：当端口状态发生变化的时候，交换机用这个消息类型告诉Controller通告状态变化，比如Link down/up；

Error：当交换机发生了一些错误的时候，发送这个消息到Controller；

3.Symmetric（对称消息）：

可以由任何一方发起：

Hello：Controller或者交换机启动的时候，互发hello消息，通知对方启动了；

Echo：通过发Echo以及得到reply，确认对方的连接没有问题，也可以用来测量连接延时；

Experimenter：用来让产家进行私有扩展。

Controller的三种角色：

Master：一台交换机所连接到的所有Controller中，只能有一个Master，他对交换机拥有完全的操作权限；

Slave：一台交换机所连接到的所有Controlller中，可以有多个Slave，它们对交换机只有读取状态和被动接受交换机消息的权限，不能对交换机进行配置；一旦Master死掉，其中一台Slave就会被选举为Master，接替原来Master继续工作，每个Slave可以接受不同的消息类型，从而在个Slave之间进行负载分担；

Equal：有的网络希望有多个Controller都能对交换机进行配置，以便负载分担，这种情况，这些Controller可以被配置为Equal角色，一台交换机允许同时连接到多个Equal角色的Controller，这些Controller对交换机拥有跟Master一样的功能；

OpenFlow系统性能指标：

交换机处理带宽：芯片决定，无法优化

流表项数量：芯片决定，无法优化

流表项下发能力：即每秒能安装多少条流表项；这个指标跟OpenFlow交换机收包/处理包能力、芯片SDN对流表项处理能力，Contoller软件处理以及CPU主频有很大关系；可以通过提高CPU主频或者优化软件来提高；

To-Controller报文转发：有些报文在交换机里面匹配到某条流表项，这条流表项的动作把报文发送到Controller，Controller经过处理后可能会在把报文通过交换机转发出去；这个转发性能决定Controller和交换机两个元素；

OF-Config：

配置OpenFlow Controller地址；

队列（Queue）和物理端口（Physical Port）的配置管理；

逻辑端口（Tunnel）的创建和管理；

Controller和交换机之间通信通道的创建和配置，包括安全认证；

交换机的能力发现；

目前OF-Config市场接受度很低；要完成上面的工作有三种做法：

一、使用命令行来配置

二、使用厂商的私有方案

三、重新定义另一种协议，(最著名的是Nicira公司的OVSDB）