初識(shí)OpenFlow協(xié)議
OpenFlow是一種交換技術(shù)，剛開(kāi)始它是2008年斯坦福大學(xué)的一個(gè)研究項(xiàng)目，但現(xiàn)在它已經(jīng)引起了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商和大型交換網(wǎng)絡(luò)管理員的廣泛關(guān)注。使用OpenFlow協(xié)議建立軟件定義網(wǎng)絡(luò)，可以將網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)整體而不是無(wú)數(shù)的獨(dú)立設(shè)備進(jìn)行管理。
傳統(tǒng)交換機(jī)使用生成樹(shù)協(xié)議或其他一些新標(biāo)準(zhǔn)(如多鏈路透明互連，TRILL)來(lái)確定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)路徑。而OpenFlow將轉(zhuǎn)發(fā)決策從各個(gè)交換機(jī)轉(zhuǎn)移到控制器上，這一般是服務(wù)器或工作站。
管理應(yīng)用程序執(zhí)行控制器，負(fù)責(zé)與所有網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行交互，配置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，從而提高帶寬利用率。這個(gè)應(yīng)用程序與云管理軟件進(jìn)行交互，保證有足夠的帶寬支持負(fù)載的創(chuàng)建和變化。
OpenFlow協(xié)議操作
OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)定義了控制器與交換機(jī)之間的交互協(xié)議，以及一組交換機(jī)操作。這個(gè)控制器—交換機(jī)協(xié)議運(yùn)行在安全傳輸層協(xié)議(TLS)或無(wú)保護(hù)TCP連接之上。控制器向交換機(jī)發(fā)送指令，控制數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)方式，以及配置參數(shù)，如VLAN優(yōu)先級(jí)。交換機(jī)會(huì)在鏈路中斷或出現(xiàn)未指定轉(zhuǎn)發(fā)指令的數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送消息通知控制器。
轉(zhuǎn)發(fā)指令基于流，這個(gè)流由所有數(shù)據(jù)包共享的通用特性組成。定義流需要指定許多參數(shù)，其中可能包括：數(shù)據(jù)包到達(dá)的交換機(jī)端口、來(lái)源以太網(wǎng)端口、來(lái)源IP端口、VLAN標(biāo)簽、目標(biāo)以太網(wǎng)或IP端口及許多其他數(shù)據(jù)包特性。控制器會(huì)在交換機(jī)上設(shè)置一組參數(shù)，用于定義各個(gè)流，以及匹配流的數(shù)據(jù)包處理方式。
每一個(gè)交換機(jī)都維護(hù)著許多路由表，而每一個(gè)表又包含多個(gè)路由記錄。每一條路由記錄包含一個(gè)匹配域，它定義了流、計(jì)數(shù)器和指令集。匹配域中記錄的項(xiàng)目可能包含一個(gè)與到達(dá)數(shù)據(jù)包相對(duì)應(yīng)的比較參數(shù)值，或者一個(gè)表示流的參數(shù)集中不存在此記錄的指示值。
路由表的編號(hào)從0開(kāi)始，到達(dá)的數(shù)據(jù)包對(duì)表0的記錄進(jìn)行比較。如果匹配，路由計(jì)數(shù)會(huì)增加，然后執(zhí)行指定的指令集。如果到達(dá)的數(shù)據(jù)包不匹配任何路由表記錄，那么必須創(chuàng)建一個(gè)新流。有的交換機(jī)可能直接丟棄未定義的流，但是大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)包都會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到控制器上。然后，控制器為該數(shù)據(jù)包定義一個(gè)新流，并且創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)路由表記錄。然后，它會(huì)將記錄發(fā)送到交換機(jī)上，并增加路由表。最后，數(shù)據(jù)包會(huì)被送回交換機(jī)，使用新創(chuàng)建的路由記錄進(jìn)行處理。
路由表指令會(huì)修改每一個(gè)數(shù)據(jù)包所設(shè)置的操作。一開(kāi)始，數(shù)據(jù)包會(huì)使用空操作集進(jìn)行處理。這些操作可能要求數(shù)據(jù)包通過(guò)指定的端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，或者需要修改數(shù)據(jù)包TTL、VLAN、MPLS標(biāo)簽或數(shù)據(jù)包QoS。
第一個(gè)路由表的指令可能會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)包執(zhí)行操作，或者增加一些將來(lái)執(zhí)行的操作。這些指令會(huì)將數(shù)據(jù)包與其他路由表記錄進(jìn)行比較，控制數(shù)據(jù)包的后續(xù)處理。后續(xù)路由表的記錄的指令可能會(huì)進(jìn)一步增加操作，刪除或修改之前添加的操作，或者執(zhí)行其他一些操作。
在將數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一路由表之前，指令也可能會(huì)給數(shù)據(jù)包增加一個(gè)元素?cái)?shù)據(jù)值。這個(gè)值就成為額外參數(shù)，它會(huì)與下一個(gè)路由表的記錄的元數(shù)據(jù)值進(jìn)行匹配。數(shù)據(jù)包會(huì)逐個(gè)表地進(jìn)行處理，直到所有指令都處理完，并且數(shù)據(jù)包成功轉(zhuǎn)發(fā)。
指令可能會(huì)指定一個(gè)組標(biāo)識(shí)符。組是一種為數(shù)據(jù)包指定在多個(gè)流中執(zhí)行相同操作集的高效方法。組操作定義在交換機(jī)的組表記錄。每一個(gè)記錄都包括標(biāo)識(shí)符值、組類型、計(jì)數(shù)器和操作集。組類型規(guī)定是否所有操作集都會(huì)執(zhí)行，這很適合用于實(shí)現(xiàn)廣播或多播，或者規(guī)定只執(zhí)行某些特定的操作集。#p#
OpenFlow協(xié)議消息傳送
協(xié)議由三種消息組成：控制器-交換機(jī)消息、異步消息和對(duì)稱消息。
控制器-交換機(jī)消息由控制器發(fā)送，可以：
指定、修改或刪除流定義
請(qǐng)求交換機(jī)功能信息
查詢交換機(jī)信息，如計(jì)數(shù)器
在新流創(chuàng)建之后，將數(shù)據(jù)包發(fā)送回交換機(jī)
異步消息由交換機(jī)發(fā)送，可以：
向控制器發(fā)送與現(xiàn)有流不匹配的數(shù)據(jù)包
在流的存活參數(shù)時(shí)間已到或靜止計(jì)時(shí)器過(guò)期時(shí)，通知控制器流已經(jīng)刪除
通知控制器端口狀態(tài)變化或交換機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤
對(duì)稱消息可以由交換機(jī)或控制器雙方發(fā)出，可用于：
在控制器和交換機(jī)之間啟動(dòng)時(shí)發(fā)送握手消息
發(fā)送回波消息，測(cè)試控制器與交換機(jī)之間的連接延遲，確定控制器與交換機(jī)的連接是否仍然有效
發(fā)送試驗(yàn)消息，作為將來(lái)OpenFlow技術(shù)的擴(kuò)展方法
OpenFlow協(xié)議發(fā)展：前景看好
2011年，開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)成立，旨在推廣OpenFlow和實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。其成員包括思科、Facebook、谷歌、惠普、IBM和Juniper。當(dāng)前版本的OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)(1.1.0)包含了許多可選特性，可以支持進(jìn)一步的試驗(yàn)，并且1.2版標(biāo)準(zhǔn)也正在制定中。
雖然思科仍未發(fā)布支持OpenFlow的交換機(jī)，但是其他交換機(jī)供應(yīng)商已經(jīng)在現(xiàn)有產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)了OpenFlow，如IBM與NEC的合作和惠普，他們將繼續(xù)推進(jìn)開(kāi)發(fā)這些產(chǎn)品。隨著供應(yīng)商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步熟悉，OpenFlow必將會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管理和運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生重大影響。
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