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OpenFlow

OpenFlow是第一个开放的南向接口协议,也是目前最流行的南向协议。它提出了控制与转发分离的架构,规定了SDN转发设备的基本组件和功能要求,以及与控制器通信的协议。

OpenFlow起源于Nick McKeown等在2008年发表的OpenFlow: enabling innovation in campus networks论文,并在次年发布了1.0版本协议。2011年又成立了Open Networking Foundation (ONF)进一步规范和推动OpenFlow的发展,并将OpenFlow的协议规范发布在ONF网站

OpenFlow原理

OpenFlow协议规范定义了OpenFlow交换机、流表、OpenFlow通道以及OpenFlow交换协议。

OpenFlow交换机

一个典型的OpenFlow交换机如下图所示

它主要由OpenFlow通道和数据平面组成,而数据平面又包括流表、端口、组表和Meter表等:

  • OpenFlow通道用于交换机和控制器进行通信(基于OpenFlow交换协议)
  • 流表即存放流表项的表
  • 端口是OpenFlow与其他网络协议栈进行数据交换的网络接口,包括物理端口、逻辑端口以及预留端口等
  • 组表用于定义一组可被多个流表项共同使用的动作
  • Meter表用于计量和限速

流表

流表用于存储流表项,多级流表以流水线的方式处理。

每个流表项由匹配域(包括输入端口、包头以及其他流表设置的元数据)、优先级、指令集、计数器、计时器、Cookie和用于管理流表项的flag组成:

一个典型的流表匹配过程如下所示

而典型的指令执行过程如下所示

除了流表,还可以定义Meter表

OpenFlow通道

OpenFlow通道是控制器和交换机通信的通道。控制器可以通过该通道来配置和管理交换机、接收交换机发出的事件等。OpenFlow通道使用OpenFlow交换协议(OpenFlow switch protocol),通常基于TLS通信,但也支持直接TCP通信。

OpenFlow交换协议支持三种类型的报文

  • controller-to-switch:控制器初始化并下发给交换机的报文,用于管理和查询交换机状态(如查询交换机特性,修改交换机流表、组表等)
  • asynchronous:交换机异步发送给控制器的报文,用于更新网络事件和交换机状态的改变(如新报文到达、交换机端口变化等)
  • symmetric:交换机或控制器发送,但无需对方许可,如Hello协商、Echo活性测试、Error错误报文等

参考文档

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