SDN学习

Software Defined Network

2020 / 3 / 18

技术记录

Software Defined Network

软件定义网络（Software Defined Network, SDN ），是由美国斯坦福大学clean slate研究组提出的一种新型网络创新架构，核心理念是，希望应用软件可以参与对网络的控制管理，满足上层业务需求，通过自动化业务部署简化网络运维。

SDN三大特征：

  1. 控制转发分离
  2. 网络虚拟化
  3. 可编程接口

Open vSwitch

即OVS，虚拟交换机的一种

  • 方便网络管理监控。方便管理员对整套云环境中的网络状态和数据流量进行监控，比如可以分析网络中流淌的数据包是来自哪个 VM、哪个 OS 及哪个用户，这些都可以借助 OVS 提供的工具来达到。
  • 加速数据包寻路与转发。相比 Bridge 单纯的基于 MAC 地址学习的转发规则，OVS 引入流缓存的机制，可以加快数据包的转发效率。
  • 基于SDN的控制面与数据面分离的思想。OVS 控制面负责流表的学习与下发，具体的转发动作则有数据面来完成。可扩展性强。
  • 隧道协议支持。Bridge 只支持 VxLAN，OVS 支持 gre/vxlan/IPsec 等。
  • 适用于 Xen、KVM、VirtualBox、VMware 等多种 Hypervisors。

OVS结构

::: hljs-center

::: 如图所示，OVS 在 Linux 用户态和内核态都实现了相应的模块，用户态主要组件有数据库服务 ovsdb-server 和守护进程 ovs-vswitchd。内核态中实现了 datapath 模块。其中， ovs-vswitchd 和 datapath 共同构成了 OVS 的数据面，控制面由 controller 模块来完成，controller 一般表示的是 OpenFlow控制器，在 OVS 中，它可以借由第三方来完成，只要支持OpenFlow协议即可。

OpenFlow

OpenFlow 是控制面和数据面通信的一套协议，我们常常把支持 OpenFlow 协议的交换机称为 OpenFlow 交换机，控制器称为 OpenFlow 控制器，业界比较知名的 OpenFlow 控制器有 OpenDaylight、ONOS 等。

OpenFlow 是一个独立的完整的流表协议，不依赖于 OVS，OVS 只是支持 OpenFlow 协议，有了支持，就可以使用 OpenFlow 控制器来管理 OVS 中的流表。OpenFlow 不仅仅支持虚拟交换机，某些硬件交换机也支持 OpenFlow 协议。

ovs-vswitchd

ovs-vswitchd 是 OVS 的核心组件，它和内核模块 datapath 共同构成了 OVS 的数据面。它使用 OpenFlow 协议与 OpenFlow 控制器通信，使用 OVSDB 协议与 ovsdb-server 通信，使用 netlink 和 datapath 内核模块通信。

ovsdb-server

ovsdb-server 是 OVS 轻量级的数据库服务，用于整个 OVS 的配置信息，包括接口、交换内容、VLAN 等，ovs-vswitchd 根据这些配置信息工作。

OpenFlow 控制器

OpenFlow 控制器可以通过 OpenFlow 协议连接到任何支持 OpenFlow 的交换机，比如 OVS 。控制器通过向交换机下发流表规则来控制数据流向。

Kernel Datapath

datapath 内核模块和 ovs-vswitchd 是相互协作工作的，datapath 负责具体的收发包，而 ovs-vswitchd 通过 controller 下发的流表规则指导 datapath 如何转发包。

举个例子，datapath 从主机物理网卡 NIC 或者 VM 的 虚拟网卡 vNIC 收到包，如果是第一次收到包，datapath 不知道怎么处理这个包，于是将其丢给 ovs-vswitchd ， ovs-vswitchd 决定该如何处理这个包之后又丢给 datapath，datapath 根据 ovs-vswitchd 的指示执行相应的动作，是丢弃还是从哪个口传出去。同时，ovs-vswitchd 会让 datapath 缓存好这个包的动作，下次再来就可以直接执行动作。

如果不是第一次收到包，就是按照之前缓存好的动作执行，这样极大地提高了数据处理的速度。

参考链接

一文看懂SDN软件定义网络，概念、原理、架构及实现各环节介绍 从 Bridge 到 OVS，探索虚拟交换机 初学者的SDN学习之路