OpenFlow Switch学习笔记(三)——Flow Tables
这次我们主要讨论下OpenFlow Switch的核心组件之一——Flow Tables,以了解其内部的 matching 以及 action handling 机制。下文将会分为几个部分来逐步详述OpenFlow Switch内部数据包的流转机制。
1、Pipeline Processing
遵循OpenFlow Switch规范的OpenFlow交换机大致分为 OpenFlow-only 和 OpenFlow-hybrid 两类。OpenFlow-only 交换机仅仅只支持OpenFlow规范定义的操作,所有经过该类交换机的数据包仅仅只能被 OpenFlow Pipeline 处理,而不能被其他方式处理。而 OpenFlow-hybrid 交换机既支持OpenFlow规范定义的操作,又支持传统交换机规定的操作,比如传统的L2交换、VLAN隔离、L3路由、ACL以及QoS处理等。该类交换机必须要提供一种除OpenFlow Switch规范约定的能将经过它的数据包转发到OpenFlow Pipeline处理,也能转发到Normal Pipeline处理特性之外的分类机制,比如交换机可以根据数据包的VLAN tag或者ingress port来决定使用某个Pipeline来处理,或者可能将所有的数据包直接转发到OpenFlow Pipeline处理。OpenFlow-hybrid 交换机也可能将来自于 OpenFlow Pipeline 处理后的数据包通过 NORMAL 或者 FLOOD Reserved Port 转发到 Normal Pipeline 继续处理。
OpenFlow Pipeline由多个Flow Tables组成,而每个Flow Table又包含有多个Flow Entries。Pipeline Processing定义了数据包如何与这些Flow Tables进行交互,一个OpenFlow Switch至少得有一个Flow Table,或者有多个。当Pipeline有多个Flow Tables时,这些Flow Tables是按照数字顺序排列的,起始索引号从 0 开始,任何进入到OpenFlow Switch的数据包都会从Pipeline的第一个Flow Table,即 Table 0 开始处理,后续的Flow Table可能会被使用到,而这依赖于Table 0中匹配成功的Flow Entry的输出结果。
当一个数据包被一个Flow Table处理时,数据包会被逐次地依据Priority与该Flow Table里的所有Flow Entry进行匹配,当发现匹配成功的Flow Entry时,该Flow Entry相关联的Instructions Set将会被执行,这些Instructions可能会将该数据包显示地直接转发到后续的其他Flow Table里(通过Goto指令)继续处理,在那里继续采取同样的方式来处理数据包。这里需要注意的是,Flow Entry只会将数据包继续往前(往索引号比当前大的Flow Table)转发,而不会倒序转发,因此,OpenFlow Pipeline的最后一个Flow Table不能再包含Goto指令,如果某个匹配成功的Flow Entry不能将数据包继续转发到后续的Flow Table,那么整个Pipeline Processing将在此终止,此时与该数据包关联的Actions将会被执行,通常是数据包被转发走。
假若一个数据包在一个Flow Table里没有发现能够匹配成功的Flow Entry,那么这叫作一次Table Miss,至于发生Table Miss后的动作取决于这个Flow Table的配置:1)直接丢弃,2)继续转发给后续的Flow Table,3)封装成 packet-in 消息发送给Remote Controller。
2、Flow Table
一个Flow Table大致包含如下几部分:
Match Fields:匹配域,可能包含ingress port、数据包头信息以及前继Flow Table传过来的Metadata值域等
Priority:匹配优先级
Counters:计数器,统计与该Flow Entry成功匹配的包数量
Instructions:指令集,应用到与该Flow Entry成功匹配的数据包
Timeouts:在该Flow Entry过期前的最大有效时间或者空闲时间
Cookie:被Remote Controller用来筛选Flow Statistics、Flow Modification或者Flow Deletion行为的指示值
一个Flow Entry在Flow Table中通过Match Fields和Priority两个字段来唯一标识(或称为联合主键)。这里注意,每个Flow Table中可能会有一个Table Miss Flow Entry,它是专门用来处理该Flow Table中没有其他Flow Entry能否匹配成功的数据包的,它的特点是它的Match Fields能够匹配任何数据包,并且Priority一定是0。
3、Flow Removal
Flow Entry可以通过三种方式从Flow Table里被移除:1)通过Remote Controller直接发送移除Flow Entry的消息,2)通过OpenFlow Switch的过期机制,3)OpenFlow Switch的逐出机制。OpenFlow Switch过期机制的运行行为独立于Remote Controller,仅依赖于当前Flow Entries的状态和配置。每一个Flow Entry有一个与之关联的 idle_timeout 和 hard_timeout,如果 hard_timeout 值不为 0 ,那么OpenFlow Switch需要记住这条Flow Entry的生成时间,当其生存时间达到指定的 hard_timeout 时间时,将被逐出Flow Table,而不管之前有多少个数据包与之成功匹配;如果 idle_timeout 值不为 0 ,那么OpenFlow Switch需要记住最后一次与该Flow Entry成功匹配的时间,当超过指定 idle_timeout 时间仍未有能成功匹配的数据包,那么该Flow Entry将会被逐出Flow Table。
Remote Controller也可以发送 Flow Deletion 消息(OFPFC_DELETE 或者 OFPFC_DELETE_STRICT)给OpenFlow Switch;Flow Entries 也可能是由于Group或者Meter的移除而被移除。
当OpenFlow Switch需要回收资源时,Flow Entries 也有可能被逐出Flow Table。该机制对于OpenFlow Switch实现者来说是一个可选的特性,其必须按照规范来决定哪些Flow Entries被逐出,可能会依照Flow Entry参数、资源映射关系或者其他内部约束等。
当一个Flow Entry会移除时,OpenFlow Switch必须检查该Flow Entry的 OFPFF_SEND_FLOW_REM 值,如果该值被设置了,那么必须发送一个Flow Removal消息给Remote Controller,每一个Flow Removal消息都包含一个完整的Flow Entry描述以及被移除的原因说明(过期、主要删除或者被逐出)、直到删除这刻该Flow Entry的生存时间以及统计数据等。
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No pains, no gains
posted on 2015-07-04 17:14 CasonChan 阅读(12071) 评论(0) 编辑 收藏 举报