Neutron系列 : Neutron OVS OpenFlow 流表 和 L2 Population

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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Neutron系列 : Neutron OVS OpenFlow 流表 和 L2 Population相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

http://www.aboutyun.com/forum.php?mod=viewthread&tid=16563&highlight=neutron%2B%2B%CF%B5%C1%D0

问题导读:

1.OVS bridge有几种模式?
2
.Neutron 中的流表是怎样实现的?


技术图片


OVS bridge 有两种模式:“normal” 和 “flow”。“normal” 模式的 bridge 同普通的 Linux 桥,而 “flow” 模式的 bridge 是根据其流表(flow tables) 来进行转发的。Neutron 使用两种 OVS bridge:br-int 和 br-tun。其中,br-int 是一个 “normal” 模式的虚拟网桥,而 br-tun 是 “flow” 模式的,它比 br-int 复杂得多。


1. 基础知识
1.1 OpenFlow 结构、流表和数据包处理

下面左图是 Open vSwitch 中流表的结构。

 

<ignore_js_op>技术图片

 

右图这个流程图详细描述了数据包流通过一个 OpenFlow 交换机的过程。

 

<ignore_js_op>技术图片

 

更详细的描述请参见这里。


1.2 ARP Proxy

Proxy ARP 就是通过一个主机(通常是Router)来作为指定的设备对另一个设备作出 ARP 的请求进行应答。


举个例子:主机A,IP地址是192.168.0.11/24;主机B,IP地址是192.168.1.22/24。主机A和主机B通过路由器R相连接,并且路由器R启用了Proxy ARP,并配置有路由。网络拓扑如下:

     eth0                eth0       eth1                        eth0
    A------------------------Router R----------------------B
192.168.0.11/24   192.168.0.0/24 eth0      192.168.1.22/24
                             192.168.1.0/24 eth1  

  在主机A上执行:ping 192.168.1.22,主机 A 不知道主机 B 的 MAC 地址是多少,首先要发送 ARP 查询报文,路由器 R 接收到主机 A 发出的 ARP 查询报文,并代替主机 B 作出应答,应答 ARP 报文中填入的就是路由器 R 的MAC地址。这样,主机A就会认为路由器R的地址是192.168.1.22。以后所有发往192.168.1.22的报文都发到路由器R,路由器R再根据已配置好的路由表将报文转发给主机B。

  这样做的好处就是,主机A上不需要设置任何默认网关或路由策略,不管路由器R的IP地址怎么变化,主机A都能通过路由器B到达主机B,也就是实现了所谓的透明代理。相反,若主机A上设置有默认网关或路由策略时,当主机A向192.168.1.22发送报文,首先要查找路由表,而主机A所在的网段是192.168.0.0/24,主机B所在网段是192.168.1.0/24,主机A只能通过默认网关将报文发送出去,这样代理ARP也就失去了作用。

优点:
  

最主要的一个优点就是能够在不影响其他router的路由表的情况下在网络上添加一个新的router,这样使得子网的变化对主机是透明的。

 

proxy ARP应该使用在主机没有配置默认网关或没有任何路由策略的网络上。

 

缺点:
  1.增加了某一网段上 ARP 流量 
  2.主机需要更大的 ARP table 来处理IP地址到MAC地址的映射 
  3.安全问题,比如 ARP 欺骗(spoofing) 
  4.不会为不使用 ARP 来解析地址的网络工作 
  5.不能够概括和推广网络拓扑
来源:百度百科


2. 不使用 ARP Responder 和 DVR 时 br-tun 中的流表(flow tables)

OpenStack 中,Neutron 作为 OVS 的 Controller,向 OVS 发出管理 tunnel port 的指令,以及提供流表。


2.1 流表分析

  Neutron 定义了多种流表。以下面的配置(配置了 GRE 和 VXLAN 两种 tunnel types)为例:

 

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1
2
3
4
5
1(patch-int): addr:a6:d4:dd:37:00:52
2(vxlan-0a000127): addr:36:ec:de:b4:b9:6b in_key=flow, local_ip="10.0.1.31", out_key=flow, remote_ip="10.0.1.39" 计算节点2
3(vxlan-0a000115): addr:4a:c8:21:3c:3f:f1 in_key=flow, local_ip="10.0.1.31", out_key=flow, remote_ip="10.0.1.21" 网络节点
4(gre-0a000115): addr:4a:8b:0f:9d:59:52  in_key=flow, local_ip="10.0.1.31", out_key=flow, remote_ip="10.0.1.21" 网络节点
5(gre-0a000127): addr:aa:58:6d:0a:f7:6a  in_key=flow, local_ip="10.0.1.31", out_key=flow, remote_ip="10.0.1.39" 计算节点2

 

其中,10.0.1.31 是计算节点1, 10.0.1.21 是网络节点, 10.0.1.39 是计算节点2。

 

计算节点1 上 ML2 Agent 启动后的 br-tun 的 flows:

 

表号 用途 例子
0  
table=0, priority=1,in_port=3 actions=resubmit(,4) //从网络节点来的,转 4,结果被丢弃
table=0, priority=1,in_port=4 actions=resubmit(,3) //从网络节点来的,转 3

table=0, priority=1,in_port=5 actions=resubmit(,3) //从计算节点来的,转 3
table=0, priority=1,in_port=2 actions=resubmit(,4) //从计算节点来的,转 4,结果被丢弃
table=0, priority=1,in_port=1 actions=resubmit(,2) //从虚机来的,转 2

table=0, priority=0 actions=drop //其余的丢弃
DVR_PROCESS = 1 handle packets coming from patch_int unicasts go to table UCAST_TO_TUN where remote addresses are learnt 用于 DVR
PATCH_LV_TO_TUN = 2  
table=2, priority=0,dl_dst=00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00
actions=resubmit(,20) //单播包,转 20

table=2, priority=0,dl_dst=01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00
actions=resubmit(,22)
//组播(包括广播)包,转 22


GRE_TUN_TO_LV = 3  
table=3, priority=1,tun_id=0x4 actions=mod_vlan_vid:1,resubmit(,10) //将 tun_id 为 4 的,
修改 vlan id 为1,转 10 处理

table=3, priority=0 actions=drop //其余的丢弃
VXLAN_TUN_TO_LV = 4   table=4, priority=0 actions=drop //丢弃
DVR_NOT_LEARN = 9   用于 DVR
LEARN_FROM_TUN = 10 学习table
table=10,priority=1 actions=learn(table=20,hard_timeout=300,priority=1,NXM_OF_VLAN_TCI[0..11],
NXM_OF_ETH_DST[]
=NXM_OF_ETH_SRC[],load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[],output:NXM_OF_IN_PORT[]),output:1
UCAST_TO_TUN = 20 外出的单播会被 table 20 处理,table 2
//学习到的规则
table=20, priority=2,dl_vlan=1,dl_dst=fa:16:3e:7e:ab:cc actions=strip_vlan,set_tunnel:0x3e9,output:5 //如果vlan 为1,而且目的MAC地址等于 fa:16:3e:7e:ab:cc,设置 tunnel id,从端口 5 发出

table=20,priority=0 actions=resubmit(,22) //直接转 22
ARP_RESPONDER = 21 ARP table 当使用 arp_responder 和 l2population 时候用到
FLOOD_TO_TUN  = 22 Flood table
table=22,dl_vlan=1 actions=strip_vlan,set_tunnel:0x4,output:5,output:4
//对于 dl_vlan 为1的,设置 tunnel id 为 4,从端口4 和 5 转出
table=22,priority=0 actions=drop

 

来个图简单些:

 

<ignore_js_op>技术图片

 

其中比较有意思的是:

 

(1)为什么从 VXLAN 过来的流量都被丢弃了,最后发出去也用的是 GRE 端口。看来同时有 GRE 和 VXLAN 隧道的话,OVS 只会选择 GRE。具体原因待查。

 

(2)MAC 地址学习:Table 10 会将学习到的规则(Local VLAN id + Dst MAC Addr => Port)放到 table 20。当表格20 发现一个单播地址是已知的时候,直接从一个特定的 GRE 端口发出;未知的话,视同组播地址从所有 GRE 端口发出。


2.2 MAC 地址学习

学习规则:

 

table=20,hard_timeout=300,priority=1,NXM_OF_VLAN_TCI[0..11],NXM_OF_ETH_DST[]=NXM_OF_ETH_SRC[],load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[],load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[],output:NXM_OF_IN_PORT[]

 

这语法不是很好理解,这里有详细解释。

 

  • table=20:修改 table 20。这是个 MAC 学习流表。
  • hard_timeout:该 flow 的过期时间。
  • NXM_OF_VLAN_TCI[0..11] :记录 vlan tag,所以学习结果中有 dl_vlan=1
  • NXM_OF_ETH_DST[]=NXM_OF_ETH_SRC[] :将 mac source address 记录,所以结果中有 dl_dst=fa:16:3e:7e:ab:cc
  • load:0->NXM_OF_VLAN_TCI[]:在发送出去的时候,vlan tag设为0,所以结果中有 actions=strip_vlan
  • load:NXM_NX_TUN_ID[]->NXM_NX_TUN_ID[] :发出去的时候,设置 tunnul id,所以结果中有set_tunnel:0x3e9
  • output:NXM_OF_IN_PORT[]:指定发送给哪个port,由于是从 port2 进来的,因而结果中有output:2。
学到的规则:

 

table=20, n_packets=1239, n_bytes=83620, idle_age=735, hard_age=65534, priority=2,dl_vlan=1,dl_dst=fa:16:3e:7e:ab:cc actions=strip_vlan,set_tunnel:0x3e9,output:2

 

这里可以看到,通过 MAC 地址学习机制,Neutron 可以一定程度地优化网络流向,但是这种机制需要等待从别的节点的流量进来,只能算是一种被动的机制,效率不高。而且,这种机制只对单播帧有效,而对于多播和组播依然无效。其结果是网络成本依然很高。下图中,A 的广播包其实只对 3 和 4 有用,但是 2 和 5 也收到了。

 

<ignore_js_op>技术图片





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