Open vSwitch（OVS）介绍编译安装与原理

Posted 2021-06-13 rtoax

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Open vSwitch（OVS）介绍编译安装与原理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

OVS安装

CentOS

yum install centos-release-openstack-newton
yum install openvswitch
systemctl enable openvswitch
systemctl start openvswitch

如果想要安装master版本，可以使用https://copr.fedorainfracloud.org/coprs/leifmadsen/ovs-master/的BUILD：

wget -o /etc/yum.repos.d/ovs-master.repo https://copr.fedorainfracloud.org/coprs/leifmadsen/ovs-master/repo/epel-7/leifmadsen-ovs-master-epel-7.repo
yum install openvswitch openvswitch-ovn-*

OVS常用命令参考

如何添加bridge和port

ovs-vsctl add-br br0
ovs-vsctl del-br br0
ovs-vsctl list-br
ovs-vsctl add-port br0 eth0
ovs-vsctl set port eth0 tag=1 #vlan id
ovs-vsctl del-port br0 eth0
ovs-vsctl list-ports br0
ovs-vsctl show

给OVS端口配置IP

ovs−vsctl add−port br-ex port tag=10 −− set Interface port type=internal # default is access
ifconfig port 192.168.100.1

如何配置流镜像

ovs-vsctl -- set Bridge br-int mirrors=@m -- --id=@tap6a094914-cd get Port tap6a094914-cd -- --id=@tap73e945b4-79 get Port tap73e945b4-79 -- --id=@tapa6cd1168-a2 get Port tapa6cd1168-a2 -- --id=@m create Mirror name=mymirror select-dst-port=@tap6a094914-cd,@tap73e945b4-79 select-src-port=@tap6a094914-cd,@tap73e945b4-79 output-port=@tapa6cd1168-a2

# clear
ovs-vsctl remove Bridge br0 mirrors mymirror
ovs-vsctl clear Bridge br-int mirrors

利用mirror特性对ovs端口patch-tun抓包

ip link add name snooper0 type dummy
ip link set dev snooper0 up
ovs-vsctl add-port br-int snooper0
ovs-vsctl -- set Bridge br-int mirrors=@m  \\
-- --id=@snooper0 get Port snooper0  \\
-- --id=@patch-tun get Port patch-tun  \\
-- --id=@m create Mirror name=mymirror select-dst-port=@patch-tun \\
select-src-port=@patch-tun output-port=@snooper0

# capture
tcpdump -i snooper0

# clear
ovs-vsctl clear Bridge br-int mirrors
ip link delete dev snooper0

如何配置QOS，比如队列和限速

# egress
$ ovs-vsctl -- \\
add-br br0 -- \\
add-port br0 eth0 -- \\
add-port br0 vif1.0 -- set interface vif1.0 ofport_request=5 -- \\
add-port br0 vif2.0 -- set interface vif2.0 ofport_request=6 -- \\
set port eth0 qos=@newqos -- \\
--id=@newqos create qos type=linux-htb \\
  other-config:max-rate=1000000000 \\
  queues:123=@vif10queue \\
  queues:234=@vif20queue -- \\
--id=@vif10queue create queue other-config:max-rate=10000000 -- \\
--id=@vif20queue create queue other-config:max-rate=20000000
$ ovs-ofctl add-flow br0 in_port=5,actions=set_queue:123,normal
$ ovs-ofctl add-flow br0 in_port=6,actions=set_queue:234,normal

# ingress
ovs-vsctl set interface vif1.0 ingress_policing_rate=10000
ovs-vsctl set interface vif1.0 ingress_policing_burst=8000

# clear
ovs-vsctl clear Port vif1.0 qos
ovs-vsctl list qos
ovs-vsctl destroy qos _uuid
ovs-vsctl list qos
ovs-vsctl destroy queue _uuid

如何配置流监控sflow

ovs-vsctl -- --id=@s create sFlow agent=vif1.0 target=\\"10.0.0.1:6343\\" header=128 sampling=64 polling=10  -- set Bridge br-int sflow=@s
ovs-vsctl -- clear Bridge br-int sflow

如何配置流规则

ovs-ofctl add-flow br-int idle_timeout=0,in_port=2,dl_type=0x0800,dl_src=00:88:77:66:55:44,dl_dst=11:22:33:44:55:66,nw_src=1.2.3.4,nw_dst=5.6.7.8,nw_proto=1,tp_src=1,tp_dst=2,actions=drop
ovs-ofctl del-flows br-int in_port=2 //in_port=2的所有流规则被删除
ovs-ofctl  dump-ports br-int
ovs-ofctl  dump-flows br-int
ovs-ofctl show br-int //查看端口号

支持字段还有nw_tos,nw_ecn,nw_ttl,dl_vlan,dl_vlan_pcp,ip_frag，arp_sha,arp_tha,ipv6_src,ipv6_dst等;
支持流动作还有output：port，mod_dl_src/mod_dl_dst,set field等;

如何查看OVS的配置

ovs-vsctl list/set/get/add/remove/clear/destroy table record column [VALUE]

其中，TABLE名支持bridge,controller,interface,mirror,netflow,open_vswitch,port,qos,queue,ssl,sflow

配置VXLAN/GRE

ovs-vsctl add-port br-ex port -- set interface port type=vxlan options:remote_ip=192.168.100.3
ovs−vsctl add−port br-ex port −− set Interface port type=gre options:remote_ip=192.168.100.3
ovs-vsctl set interface vxlan type=vxlan option:remote_ip=140.113.215.200 option:key=flow ofport_request=9

显示并学习MAC

ovs-appctl fdb/show br-ex

设置控制器地址

ovs-vsctl set-controller br-ex tcp:192.168.100.1:6633
ovs-vsctl get-controller br0

流表管理

流规则组成

每条流规则由一系列字段组成，分为基本字段、条件字段和动作字段三部分：

基本字段包括生效时间duration_sec、所属表项table_id、优先级priority、处理的数据包数n_packets，空闲超时时间idle_timeout等，空闲超时时间idle_timeout以秒为单位，超过设置的空闲超时时间后该流规则将被自动删除，空闲超时时间设置为0表示该流规则永不过期，idle_timeout将不包含于ovs-ofctl dump-flows brname的输出中。
条件字段包括输入端口号in_port、源目的mac地址dl_src/dl_dst、源目的ip地址nw_src/nw_dst、数据包类型dl_type、网络层协议类型nw_proto等，可以为这些字段的任意组合，但在网络分层结构中底层的字段未给出确定值时上层的字段不允许给确定值，即一条流规则中允许底层协议字段指定为确定值，高层协议字段指定为通配符(不指定即为匹配任何值)，而不允许高层协议字段指定为确定值，而底层协议字段却为通配符(不指定即为匹配任何值)，否则，ovs-vswitchd 中的流规则将全部丢失，网络无法连接。
动作字段包括正常转发normal、定向到某交换机端口output：port、丢弃drop、更改源目的mac地址mod_dl_src/mod_dl_dst等，一条流规则可有多个动作，动作执行按指定的先后顺序依次完成。

流规则中可包含通配符和简写形式，任何字段都可等于*或ANY，如丢弃所有收到的数据包

ovs-ofctl add-flow xenbr0 dl_type=*,nw_src=ANY,actions=drop

简写形式为将字段组简写为协议名，目前支持的简写有ip，arp，icmp，tcp，udp，与流规则条件字段的对应关系如下:

dl_type=0x0800 <=>ip
dl_type=0x0806 <=>arp
dl_type=0x0800，nw_proto=1 <=> icmp
dl_type=0x0800，nw_proto=6 <=> tcp
dl_type=0x0800，nw_proto=17 <=> udp
dl_type=0x86dd. <=> ipv6
dl_type=0x86dd,nw_proto=6. <=> tcp6
dl_type=0x86dd,nw_proto=17. <=> udp6
dl_type=0x86dd,nw_proto=58. <=> icmp6

屏蔽某个IP

ovs-ofctl add-flow xenbr0 idle_timeout=0,dl_type=0x0800,nw_src=119.75.213.50,actions=drop

数据包重定向

ovs-ofctl add-flow xenbr0 idle_timeout=0,dl_type=0x0800,nw_proto=1,actions=output:4

去除VLAN tag

ovs-ofctl add-flow xenbr0 idle_timeout=0,in_port=3,actions=strip_vlan,normal

更改数据包源IP地址后转发

ovs-ofctl add-flow xenbr0 idle_timeout=0,in_port=3,actions=mod_nw_src:211.68.52.32,normal

注包

# 格式为：ovs-ofctl packet-out switch in_port actions packet
# 其中，packet为hex格式数据包
ovs-ofctl packet-out br2 none output:2 040815162342FFFFFFFFFFFF07C30000

流表常用字段

in_port=port 传递数据包的端口的 OpenFlow 端口编号
dl_vlan=vlan 数据包的 VLAN Tag 值，范围是 0-4095，0xffff 代表不包含 VLAN Tag 的数据包
dl_src=<MAC>和dl_dst=<MAC> 匹配源或者目标的 MAC 地址 01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 代表广播地址 00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00 代表单播地址
dl_type=ethertype 匹配以太网协议类型，其中： dl_type=0x0800 代表 IPv4 协议 dl_type=0x086dd 代表 IPv6 协议 dl_type=0x0806 代表 ARP 协议
nw_src=ip[/netmask]和nw_dst=ip[/netmask] 当 dl_typ=0x0800 时，匹配源或者目标的 IPv4 地址，可以使 IP 地址或者域名
nw_proto=proto 和 dl_type 字段协同使用。当 dl_type=0x0800 时，匹配 IP 协议编号；当 dl_type=0x086dd 代表 IPv6 协议编号
table=number 指定要使用的流表的编号，范围是 0-254。在不指定的情况下，默认值为 0。通过使用流表编号，可以创建或者修改多个 Table 中的 Flow
reg<idx>=value[/mask] 交换机中的寄存器的值。当一个数据包进入交换机时，所有的寄存器都被清零，用户可以通过 Action 的指令修改寄存器中的值

常见的操作

output:port: 输出数据包到指定的端口。port 是指端口的 OpenFlow 端口编号
mod_vlan_vid: 修改数据包中的 VLAN tag
strip_vlan: 移除数据包中的 VLAN tag
mod_dl_src/ mod_dl_dest: 修改源或者目标的 MAC 地址信息
mod_nw_src/mod_nw_dst: 修改源或者目标的 IPv4 地址信息
resubmit:port: 替换流表的 in_port 字段，并重新进行匹配
load:value−>dst[start..end]: 写数据到指定的字段

跟踪数据包的处理过程

ovs-appctl ofproto/trace br0 in_port=3,tcp,nw_src=10.0.0.2,tcp_dst=22

ovs-appctl ofproto/trace br-int \\
 in_port=1,dl_src=00:00:00:00:00:01,\\
  dl_dst=00:00:00:00:00:02 -generate

Packet out (注包)

import binascii
from scapy.all import *
a=Ether(dst="02:ac:10:ff:00:22",src="02:ac:10:ff:00:11")/IP(dst="172.16.255.22",src="172.16.255.11", ttl=10)/ICMP()
print binascii.hexlify(str(a))

ovs-ofctl packet-out br-int 5 "normal" 02AC10FF002202AC10FF001108004500001C000100000A015A9DAC10FF0BAC10FF160800F7FF00000000

参考

OVS编译

直接源码编译安装

export OVS_VERSION="2.6.1"
export OVS_DIR="/usr/src/ovs"
export OVS_INSTALL_DIR="/usr"
curl -sSl http://openvswitch.org/releases/openvswitch-${OVS_VERSION}.tar.gz | tar -xz && mv openvswitch-${OVS_VERSION} ${OVS_DIR}

cd ${OVS_DIR}
./boot.sh
# 如果启用DPDK，还需要加上--with-dpdk=/usr/local/share/dpdk/x86_64-native-linuxapp-gcc
./configure --prefix=${OVS_INSTALL_DIR} --localstatedir=/var --enable-ssl --with-linux=/lib/modules/$(uname -r)/build
make -j `nproc`
make install
make modules_install

更新内核模块

cat > /etc/depmod.d/openvswitch.conf << EOF
override openvswitch * extra
override vport-* * extra
EOF

depmod -a
cp debian/openvswitch-switch.init /etc/init.d/openvswitch-switch
/etc/init.d/openvswitch-switch force-reload-kmod

编译RPM包

make rpm-fedora RPMBUILD_OPT="--without check"

启用DPDK

make rpm-fedora RPMBUILD_OPT="--with dpdk --without check"

编译内核模块

make rpm-fedora-kmod

编译deb包

apt-get install build-essential fakeroot
dpkg-checkbuilddeps
# 已经编译过，需要首先clean
# fakeroot debian/rules clean
DEB_BUILD_OPTIONS='parallel=8 nocheck' fakeroot debian/rules binary

参考

OVS原理

OVS架构

图片来源 2015 FOSDEM - OVS Stateful Services

ovs的架构如上图所示，主要由内核datapath和用户空间的vswitchd、ovsdb组成。

主要模块职责

datapath是负责数据交换的内核模块，其从网口读取数据，并快速匹配Flowtable中的流表项，成功的直接转发，失败的上交vswitchd处理。它在初始化和port binding的时候注册钩子函数，把端口的报文处理接管到内核模块。
vswitchd是一个守护进程，是ovs的管理和控制服务，通过unix socket将配置信息保存到ovsdb，并通过netlink和内核模块交互
ovsdb则是ovs的数据库，保存了ovs配置信息

主要数据结构

主要流程

注：部分转载自OVS 源码分析整理

添加网桥

键入命令ovs-vsctl add-br testBR
内核中的 openvswitch.ko 收到一个添加网桥的命令时候——即收到 OVS_DATAPATH_FAMILY通道的 OVS_DP_CMD_NEW命令。该命令绑定的回调函数为 ovs_dp_cmd_new
ovs_dp_cmd_new 函数除了初始化 dp 结构外，调用 new_vport 函数来生成新的 vport
new_vport 函数调用 ovs_vport_add()来尝试生成一个新的 vport
ovs_vport_add()函数会检查 vport 类型（通过 vport_ops_list[]数组），并调用相关的 create()函数来生成 vport 结构
当dp是网络设备时（vport_netdev.c），最终由 ovs_vport_add()函数调用的是 netdev_create()【在 vport_ops_list的ovs_netdev_ops 中】
netdev_create()函数最关键的一步是注册了收到网包时的回调函数
err=netdev_rx_handler_register(netdev_vport->dev,netdev_frame_hook,vport);
操作是将 netdev_vport->dev 收到网包时的相关数据由 netdev_frame_hook()函数来处理，都是些辅助处理，依次调用各处理函数，在 netdev_port_receive()【这里会进行数据包的拷贝，避免损坏】进入 ovs_vport_receive()回到 vport.c，从 ovs_dp_process_receive_packet()回到 datapath.c，进行统一处理
流程：netdev_frame_hook()->netdev_port_receive->ovs_vport_receive->ovs_dp_process_received_packet()
net_port_receive()首先检测是否 skb 被共享，若是则得到 packet 的拷贝。
net_port_receive()其调用ovs_vport_receive()，检查包的校验和，然后交付给我们的vport通用层来处理。

流表匹配

flow_lookup()查找对应的流表项
for 循环调用 rcu_dereference_ovs 对流表结构体中的 mask_list 成员遍历，找到对应的的成员
flow=masked_flow_lookup()遍历进行下一级 hmap查找，找到为止
进入包含函数 ovs_flow_mask_key(&masked_key,unmasked,mask)，将最开始提取的 Key 值和 mask 的 key 值进行“与”操作，结果存放在 masked_key 中，用来得到后面的 Hash 值
hash=flow_hash(&masked_key,key_start,key_end)key 值的匹配字段只有部分
ovs_vport_add()函数会检查 vport 类型（通过 vport_ops_list[]数组），并调用相关的 create()函数来生成 vport 结构
可见，当 dp 时网络设备时（vport_netdev.c），最终由 ovs_vport_add()函数调用的是 netdev_create()【在 vport_ops_list的ovs_netdev_ops 中】
netdev_vport->dev 收到网包时的相关数据由 netdev_frame_hook()函数来处理，都是些辅助处理，依次调用各处理函数，在 netdev_port_receive()【这里会进行数据包的拷贝，避免损坏】进入 ovs_vport_receive()回到 vport.c，从 ovs_dp_process_receive_packet()回到 datapath.c，进行统一处理

收包处理

ovs_vport_receive_packets()调用ovs_flow_extract基于skb生成key值，并检查是否有错,然后调用ovs_dp_process_packet。交付给datapath处理
ovs_flow_tbl_lookup_stats。基于前面生成的key值进行流表查找，返回匹配的流表项，结构为sw_flow。
若不存在匹配，则调用ovs_dp_upcall上传至userspace进行匹配。 (包括包和key都要上传)
若存在匹配，则直接调用ovs_execute_actions执行对应的action，比如添加vlan头，转发到某个port等。

upcall 消息处理

ovs_dp_upcall()首先调用err=queue_userspace_packet()将信息排队发到用户空间去
dp_ifindex=get_dpifindex(dp)获取网卡设备索引号
调整 VLAN的 MAC 地址头指针
网络链路属性，如果不需要填充则调用此函数
len=upcall_msg_size()，获得 upcall 发送消息的大小
user_skb=genlmsg_new_unicast，创建一个新的 netlink 消息
upcall=genlmsg_put()增加一个新的 netlink 消息到 skb
err=genlmsg_unicast(),发送消息到用户空间去处理

参考

以上是关于Open vSwitch（OVS）介绍编译安装与原理的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Open vSwitch系列之二安装指定版本ovs

Open vSwitch

SDN实验2：Open vSwitch虚拟交换机实践

OVS(Open vSwitch)注包

实验2：Open vSwitch虚拟交换机实践

open vswitch和网桥的区别