关于OpenFlow协议

Posted 2021-01-05

SDN中两个重要元素：控制器（掌控全局，指挥网络内的设备工作）
交换机（转发数据）
控制器与网络设备通过OpenFlow协议进行通信
OpenFlow交换机内有一个FlowTable，交换机按照流表转发数据，流表由控制器生成和维护。内有数据包匹配特征和数据包处理方法。
流表数据包匹配特征的构成：
1.进入交换机的端口（Ingress Port）
2.源MAC地址（Ether Source）、目的MAC地址（Ether dst）、以太网类型（Ether Type）、VLAN标签（VLAN id）、VLAN优先级（VLAN priority）
3.源IP（IP src）、目的IP（IP dst）、IP协议字段（IP Proto）、IP服务类型（IP Tosbits）
4.TCP/UDP源端口号（TCP/UDP src port）、TCP/UDP目的端口号（TCP/UDP dst port）
数据包处理方法：
转发、修改包头。处理称为Action
OpenFlow协议的消息类型：
1.控制器to交换机（Controller to Switch 由控制器发出）
1）Features：获取交换机特征
2）Configuration：配置交换机
3）Modify-State：修改交换机状态（修改流表）
4）Read-Stats：读取交换机状态
5）Send-Packet：发送数据包
6）Barrier：阻塞消息
2.异步消息（Asynchronous 由交换机发出）
1）Packet-in：收到数据包后告知控制器、
2）Flow-Removed：告知控制器交换机流表被删除
3）Port-Status：告知控制器交换机端口状态更新
4）Error：告知控制器交换机发生错误
3.对称消息（Symmetric 控制器或交换机发出）
1）Hello：建立OpenFlow连接
2）Echo：确认交换机与控制器之间的连接状态
3）Vendor：厂商自定义的消息
OpenFlow协议数据包包括包头Header和消息Message：Header（协议版本、数据包长度等）、Message（具体的数据包内容）
OpenFlow通信过程：
1）控制器与交换机三次握手建立socket连接；然后控制器与交换机互发OFPT_Hello消息（只有Header，version为发送方支持的协议的最高版本，双方选择最低的版本的协议作为通信协议，若一方不支持OpenFlow协议则发送OFPT_ERROR<TYPE：OFTP_HELLO_FAILED,CODE=0>消息后断开连接，否则建立连接成功）
2）获取交换机Features。建立连接后控制器获取交换机特性信息（交换机ID<DPID>、交换机缓冲区数量、交换机端口及端口属性）。控制器发送Features Request消息（只包含Header），交换机收到消息后，返回Features Reply消息（包含Header和Message）
Features Message结构：
datapath_id为交换机独一无二的ID号
n_buffers为交换机可以同时缓存的最大数据包个数
n_tables为交换机的流表数量
Capabilities表示交换机支持的特殊功能
Actions表示交换机支持的动作（见ofp_action_type）
ofp_phy_ports为交换机的物理端口描述列表
port_no为物理端口的编号
hw_addr为端口的MAC地址
name为端口的名称
config为端口的配置
State为端口状态
curr, advertised supported,peer为端口物理属性
3）PACKET_in 事件（交换机接收数据包），控制器获取交换机特性后，向交换机发送数据包，交换机收到数据包后开始处理。若收到的数据包没有匹配流表则交换机将其封装在packet_in中发送给控制器。触发此事件的原因有：一、收到数据包若流表中有与数据包包头相匹配的则按所指示的action处理数据包，否则封装在Packet_in消息中发回控制器处理，此时数据包还缓存在交换机中；二、流表中包含转发给控制器的动作（Output=Controller），此时不会缓存。Packet_in消息格式（uffer_id为packet‐in事件所携带的数据包在交换机中的缓存区ID、total_len为data段的长度、 in_port数据包进入交换机的入接口号、Reason为packet‐in事件产生的原因）packet_in事件后一般会触发两种事件（packet_out、flow_mod）若为广播包，则包装为packet_out包，让交换机flood（发送给除接收口以外的所有端口）
4）OFPT_PACKET_OUT：
不是所有的数据包都要向交换机中添加一条流表项来匹配处理，有数量很少数据包（如ARP、IGMP等），为了节省系统开销，控制器可以使用PacketOut消息，让交换机做相应处理。
5）OFPT_FLOW_MOD：流表中无匹配项时，触发packet_in事件，控制器收到此消息后发送flow_mod消息向交换机添加一个流表项，将flow_mod消息中的buffer_id字段设为packet_in中的buffer_id，向交换机流表内写入与此数据包有关的流表项并指定action处理。
OFPT_FLOW_MOD= header（type：类型、length：整个数据包长度、xid：数据包编号）+match+flow_mod（添加、删除、修改交换机的流表信息）+action[]
6）OFPT_ECHO:没有数据包交换时，控制器定期发送OFPT_ECHO_REQUEST消息，交换机回复OFPT_ECHO_REPLY，确保通信顺畅。

主要参考了[我对OpenFlow的理解](https://blog.csdn.net/haidalongjuanfeng/article/details/61196489)