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分类: 虚拟化

2014-07-16 15:34:47

OpenvSwitch概念和原理  

2014-02-12 15:46:48|  分类: 网络协议 |  标签:sdn  |举报|字号 订阅

1 什么是OpenvSwitch

OpenvSwitch,简称OVS是一个虚拟交换软件,主要用于虚拟机VM环境,作为一个虚拟交换机,支持Xen/XenServer, KVM, and VirtualBox多种虚拟化技术。

在这种某一台机器的虚拟化的环境中,一个虚拟交换机(vswitch)主要有两个作用:传递虚拟机VM之间的流量,以及实现VM和外界网络的通信。

整个OVS代码用C写的。目前有以下功能:

  • Standard 802.1Q VLAN model with trunk and access ports
  • NIC bonding with or without LACP on upstream switch
  • NetFlow, sFlow(R), and mirroring for increased visibility
  • QoS (Quality of Service) configuration, plus policing
  • GRE, GRE over IPSEC, VXLAN, and LISP tunneling
  • 802.1ag connectivity fault management
  • OpenFlow 1.0 plus numerous extensions
  • Transactional configuration database with C and Python bindings
  • High-performance forwarding using a Linux kernel module

2 OpenvSwitch的组成

  • ovs-vswitchd:守护程序,实现交换功能,和Linux内核兼容模块一起,实现基于流的交换flow-based switching。
  • ovsdb-server:轻量级的数据库服务,主要保存了整个OVS的配置信息,包括接口啊,交换内容,VLAN啊等等。ovs-vswitchd会根据数据库中的配置信息工作。
  • ovs-dpctl:一个工具,用来配置交换机内核模块,可以控制转发规则。
  • ovs-vsctl:主要是获取或者更改ovs-vswitchd的配置信息,此工具操作的时候会更新ovsdb-server中的数据库。
  • ovs-appctl:主要是向OVS守护进程发送命令的,一般用不上。
  • ovsdbmonitor:GUI工具来显示ovsdb-server中数据信息。
  • ovs-controller:一个简单的OpenFlow控制器
  • ovs-ofctl:用来控制OVS作为OpenFlow交换机工作时候的流表内容。

3 OpenvSwitch和其他vswitch

这里其他的vswitch,包括VMware vNetwork distributed switch以及思科的Cisco Nexus 1000V。

VMware vNetwork distributed switch以及思科的Cisco Nexus 1000V这种虚拟交换机提供的是一个集中式的控制方式,。而OVS则是一个独立的vswitch,他运行在每个实现虚拟化的物理机器上,并提供远程管 理。OVS提供了两种在虚拟化环境中远程管理的协议:一个是OpenFlow,通过流表来管理交换机的行为,一个是OVSDB management protocol,用来暴露sietch的port状态。


(二)-概念及工作流程1

1 vswitch、Bridge、Datapath

在网络中,交换机和桥都是同一个概念,OVS实现了一个虚拟机的以太交换机,换句话说,OVS也就是实现了一个以太桥。那么,在OVS中,给一个交换机,或者说一个桥,用了一个专业的名词,叫做DataPath!

要了解,OVS如何工作,首先需要知道桥的概念。

网桥也叫做桥接器,连接两个局域网的设备,网桥工作在数据链路层,将两个LAN连接,根据MAC地址来转发帧,可以看成一个“低层的路由器”(路由器工作在网络层,根据IP地质进行转发)。

1.1 网桥的工作原理

网桥处理包遵循以下几条规则:

  • 在一个接口上接收到的包不会再往那个接口上发送此包。
  • 每个接收到的包都要学习其源MAC地址。
  • 如果数据包是多播或者广播包(通过2层MAC地址确定)则要向接收端口以外的所有端口转发,如果上层协议感兴趣,则还会递交上层处理。
  • 如果数据包的地址不能再CAM表中找到,则向接收端口以外的其他端口转发。
  • 如果CAM表中能找到,则转发给相应端口,如果发送和接收都是统一端口,则不发送。

注意,网桥是以混杂模式工作的。关于网桥更多,请查阅相关资料。

2 OVS中的bridge

上面,说到,一个桥就是一个交换机。在OVS中,

ovs-vsctl add-br brname(br-int) root@Compute2:~# ifconfig br-int Link encap:Ethernet HWaddr 1a:09:56:ea:0b:49 inet6 addr: fe80::1809:56ff:feea:b49/64 Scope:Link UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500 Metric:1 RX packets:1584 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 TX packets:6 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:0 RX bytes:316502 (316.5 KB) TX bytes:468 (468.0 B)

当我们创建了一个交换机(网桥)以后,此时网络功能不受影响,但是会产生一个虚拟网卡,名字就是brname,之所以会产生一个虚拟网卡,是为了实现接下 来的网桥(交换机)功能。有了这个交换机以后,我还需要为这个交换机增加端口(port),一个端口,就是一个物理网卡,当网卡加入到这个交换机之后,其 工作方式就和普通交换机的一个端口的工作方式类似了。

ovs-vsctl add-port brname port

这里要特别注意,网卡加入网桥以后,要按照网桥的工作标准工作,那么加入的一个端口就必须是以混杂模式工作,工作在链路层,处理2层的帧,所以这个port就不需要配置IP了。(你没见过哪个交换的端口有IP的吧)

那么接下来你可能会问,通常的交换机不都是有一个管理接口,可以telnet到交换机上进行配置吧,那么在OVS中创建的虚拟交换机有木有这种呢,有的! 上面既然创建交换机brname的时候产生了一个虚拟网口brname,那么,你给这个虚拟网卡配置了IP以后,就相当于给交换机的管理接口配置了IP, 此时一个正常的虚拟交换机就搞定了。

ip address add 192.168.1.1/24 dev brname

最后,我们来看看一个br的具体信息:

root@Compute2:~# ovs-vsctl show bc12c8d2-6900-42dd-9c1c-30e8ecb99a1b Bridge "br0" Port "eth0" Interface "eth0" Port "br0" Interface "br0" type: internal ovs_version: "1.4.0+build0"

首先,这里显示了一个名为br0的桥(交换机),这个交换机有两个接口,一个是eth0,一个是br0,上面说到,创建桥的时候会创建一个和桥名字一样的 接口,并自动作为该桥的一个端口,那么这个虚拟接口的作用,一方面是可以作为交换机的管理端口,另一方面也是基于这个虚拟接口,实现了桥的功能。

概念及工作流程2

这一部分我以一个简单的例子,说明在虚拟化环境中OpenvSwitch的典型工作流程。

前面已经说到,OVS主要是用来在虚拟化环境中。虚拟机之间一个虚拟机和外网之间的通信所用,如下是一个典型的结构图:

那么,通常情况下的工作流程如下:

  • 1 VM实例instance产生一个数据包并发送至实例内的虚拟网络接口VNIC,图中就是instance中的eth0.
  • 2 这个数据包会传送到物理节点上的VNIC接口,如图就是vnet接口。
  • 3 数据包从vnet NIC出来,到达桥(虚拟交换机)br100上.
  • 4 数据包经过交换机的处理,从物理节点上的物理接口发出,如图中物理节点上的eth0.
  • 5 数据包从eth0出去的时候,是按照物理节点上的路由以及默认网关操作的,这个时候该数据包其实已经不受你的控制了。

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