openflow和SDN深入介绍及openflow代码分析、环境搭建

1、 2012.12.20Deep Intro to SDN/OpenflowOpenflow 代码分析Openflow环境搭建与测试uReference OpenFlow/SDN Introduction 2012ONSOpenFlow and SDN in the Financial IndustryPeter Krey.2012ONSFlow Visor Engineering TutorialRob Sherwood.2012ONSTrema tutorialNEC Trema Team2012ONSHow SDN will shape networking Nick McKeown.20

2、11ONSOpenflow Specification v1.1.0Openflow1.0.0reference版本源码 Why&what is SDN&Openflow? The network todayclose systems设备管理独立、协议分散Controller as network OSOpen API SDN(网络功能重构)open system What SDN looks like应用层应用层：虚拟网络覆盖、network slicing(网络分片)、 tenant-aware broadcast、application-aware

3、 path computation（路经计算）、集成其他软件包、政策、安全认证、流量工程控制平面控制平面层层：数据平面资源调度、共享库(如拓扑信息、主机元数据、状态抽象)数据平面层：数据平面层：数据包转发（按照流表项）、数据包操纵（按照流表项）、流量统计Openflow components网络虚拟化Trema is Openflow programming framework for Ruby and C FlowVisor就是位于硬件结构元件和软件之间的网络虚拟层 允许多个控制同时控制一台OpenFlow交换机，但是每个控制器仅仅可以控制经过这个OpenFlow交换机的某一个虚拟网络 通过

4、FlowVisor建立的试验平台可以在不影响商业流的转发速度的情况下，允许多个网络试验在不同的虚拟网络上同时进行 A network slice is a collection of sliced switches/routers. Slicing layer (虚拟切片) :实现网络切片隔离How SDN will shape networking（An industry change）使网络运营商和使用者对所运营所使用的网络有更大的权限（用户定制本地所需的网络功能、淘汰不需要的功能模块、创建虚拟网络实现隔离）加快网络创新（以软件更新的速度创新、标准随软件的更新情况而制定、促进技术交流、促进

5、高校技术创新）供应链多样化（很多软件供应商、基本的硬件层抽象后实现多样化的功能延伸）建立更健壮的机制（标准化的数据转发层抽象、对各种网络功能可实现单独测试）SDN development Openflow switches Open controllers Openflow Demonstration可以在网络系统中通过移动每个子模块来测试每个模块，并可以决定如何划分设计单元支持无线网络移动性研究的框架Elastic tree逻辑上分成三个功能模块优化、寻址、能量控制。能量控制模块来切换各端口、线卡和整个交换机的能耗状态。 FlowVisor Creates Virtual Networks

6、Openflow数据包转发代码分析 代码的大体结构涉及报文传输与生成的main函数udatapath.c 负责datapathcontroller.c 负责controllersecchan.c 负责安全通道，连接controller和udatapath，controller和switch的数据交互要经过secchandpctl.c 负责管理dpopenflow设备上建立的主连接和附属连接主连接是可靠连接，附属连接不一定是可靠连接 /Vconn-provider.h struct vconn_class const char *name;/用户定义的连接名字int (*open)(const

7、char *name, char *suffix, struct vconn *vconnp); /尝试与openflow设备建立连接，成功则返回0、并将连接指针存入 *vconnp;不成功则返回errno的错误类型,如果不能立即建立连接，则返回EAGAIN，转入后台建立连接 void (*close)(struct vconn *vconn);/关闭vconn并且释放存储空间 int (*connect)(struct vconn *vconn);/试图完成vconn上的连接，成功与否都返回相应的返回值 int (*recv)(struct vconn *vconn, struct ofpb

8、uf *msgp);/试图从vconn上接收openflow消息，成功则返回0并且将消息存至*msgp，回话发起方需要在通信后删除消息，利用ofpbuf_delete(),接收失败则返回errno消息并且*msgp中存入空指针Vconn_class (2/3)void (*wait)(struct vconn *vconn, enum vconn_wait_type type);/循环等待消息类型指出具体的actionVconn_class (3/3)int (*send)(struct vconn *vconn, struct ofpbuf *msg);/试图在vconn上将msg加入队列待

9、传输 Datapath代码分析openflow/udatapathdp_run:处理流超时，检查交换机控制器发出的数据包，然后调度数据包给不同的程序处理/datapath.cdp_wait：调用netdev_recv_wait()，在poll loop注册，以在net_dev()要准备接收数据包时时，调用poll_block()来唤醒当前状态，来接收数据包/datapath.c poll_block：在事件注册后离开阻塞状态，唤醒dp_wait() /poll_block.c数据层面转发 从netdev接收数据包存入buffer /lib/netdev.c 如果接收无误，则fwd_port_i

10、nput()被通告处理数据包 /udatapath/datapath.c 交换机查询流表，试图找到匹配 udatapath/datapath.c 通过查询活动的流表的链表来搜寻匹配 chain.c 返回run_flow_through_tables和use_through（switch-flow.c中）来更新最近的流使用时间，输出action Do_output（），最后一个输出端口记录成prev_port，确保除了最后一个action其他的action都用过buffer了。 /dp_act.c 如果需要继续转发，则需要dp_output_port ，如果输出端口不是特定的虚拟端口，则默认调用

11、output_packet()，函数检查如果端口是可用状态，则发出数据包，并将计数器加一，然后清空buffer /datapath.c 控制层面转发remote-_run()调用dp_run(),检查安全通道的连接调用fwd_control_input(), 标识消息的类型并且调用合适的句柄（可能在交换机上新建流表，并进行近一步的转发操作） Openflow 环境搭建与测试Openflow 1.0.0(Reference release)An openflow switch（userspace datapath-based switch,不需建立内核模块）1. Ofdatapath（udata

12、path/ofdatapath）在用户空间实现流表项配置2. Ofprotocol在参考交换机中实现安全通道（secure channel）的程序3. Dpctl 配置交换机的工具 这个发行版本附带的其他这个发行版本附带的其他软件软件1. Controller功能：可以连接任意数量的交换机，使其发挥普通二层交换机的作用2. Vlogconf功能：适配正在运行的of协议或者控制器的系统日志级别3. Ofp-pki功能：创建和管理Openflow交换机的公钥4. 一个利用tcpdump来分析openflow消息 的补丁5. 一个测试openflow功能的递归套件6. 一个分析openflow协议的

13、Wireshark解析器controller punix:/var/run/controller.sock &Ifconfig eth0 upcontroller -v ptcp./configureMakeMake installRmmod bridge ofdatapath punix:/var/run/dp0.sock -i eth1 -local-port=tap:tap0 &ifconfig tap0 ofprotocol unix:/var/run/dp0.sock tcp:CONNECTED测试交换机和控制器的连通性Ifconfig tap0 dpctl add-flow unix:/var/run/dp0 ,in_port=eth1,actions=output:eth3dpctl add-flow unix:/var/run/dp0 ,in_port=eth3, dl_dst=$SW1_ETH1_MAC,action=mod_dl_dst:$HOST2_MAC,output:eth1Ifconfig tap0