1-3 软件定义网络控制器及OpenvSwitch
软件定义网络中的SDN控制器与交换机通信协议(Ⅰ)
随着网络技术的不断发展，软件定义网络（SDN）已经成为当今网络领域的热门话题。
SDN的核心理念是将网络的控制和数据转发平面分离开来，通过集中式的控制器来管理整个网络。
而在SDN中，控制器与交换机之间的通信协议则是至关重要的一环。
本文将针对SDN控制器与交换机通信协议展开讨论。
SDN控制器是SDN网络中的核心，它负责制定网络策略、配置交换机和路由器，以及处理网络中的各种事件。
为了实现这些功能，控制器需要与交换机进行通信。
SDN控制器与交换机之间的通信协议有多种选择，其中最为常用的协议包括OpenFlow、NETCONF和OVSDB。
OpenFlow是SDN中最为经典的通信协议。
它定义了控制器与交换机之间的通信接口，使得控制器能够向交换机下发流表项，从而实现对数据包的转发控制。
OpenFlow协议的灵活性和可扩展性使得它成为SDN网络中最为主流的通信协议之一。
不过，需要注意的是，OpenFlow协议并不是唯一的选择，还有其他的通信协议可以用于控制器与交换机之间的通信。
NETCONF是一种面向网络设备的配置管理协议，它可以实现网络设备的动态配置和管理。
在SDN中，NETCONF协议可以用于控制器与交换机之间的通信。
通过NETCONF协议，控制器可以向交换机下发配置指令，实现对网络设备的管理和控制。
相比于OpenFlow协议，NETCONF协议更加注重网络设备的配置和管理，适用于一些特定的场景。
除了OpenFlow和NETCONF，OVSDB也是SDN控制器与交换机之间的通信协议之一。
OVSDB是Open vSwitch数据库协议的缩写，它定义了控制器与OpenvSwitch之间的通信接口。
通过OVSDB协议，控制器可以向Open vSwitch下发配置指令，实现对Open vSwitch的管理和控制。
OVSDB协议通常用于OpenStack等开源云平台中，适用于云环境下的SDN网络。
总的来说，SDN控制器与交换机之间的通信协议有多种选择，每种协议都有其适用的场景和特点。
计算机网络技术软件定义网络(SDN)培训资料
Overlay层:
•
在物理网络基础上进行网络虚拟化
•
对用户端来说与普通二层网络无异
VTEP Local LAN
Leaf
三层/二层/ISP/NAT
VXLAN隧道
用户端A
二层LAN
VXLAN隧道
用户端B
Host 1_192.168.1.1/24
Host 2_192.168.1.2/24
3、SDN案例
• 当前网络更侧重于基础物理建设，受到各类物理条件制约，难以适应云计算 上业务的快速部署
VxLAN 帧格式
Outer Mac Header
Outer IP Header
UDP Header
VXLAN Header
FCOSriginal L2 Frame
14 Byte (4 bytes optional)
20 Bytes
8 Bytes
FCS 8 Bytes
Dst. MAC Addr.
Src . MAC Addr. VLAN Type
0x8100 VLAN ID
Tag Ether Type
0x0800 IP Header Misc Data Protocol
0x11 Header Checksum Outer Src. IP
1、什么是软件定义网络(SDN)
SDN:一种实现网络虚拟化的架构
开放的可编程接口
Software Defined Network
统一集中控制 转发与控制分离
SDN转控分离架构
应用层
APP
北向接口(NBI) 控制层
RESTFUL接口、Netconf接口、CLI接口
SDN控制器（系统）
南向接口(SBI)
Openvswitch原理与代码分析（1）：总体架构
Openvswitch原理与代码分析（1）：总体架构⼀、Opevswitch总体架构Openvswitch的架构⽹上有如下的图表⽰：每个模块都有不同的功能ovs-vswitchd 为主要模块，实现交换机的守护进程daemon在Openvswitch 所在的服务器进⾏ps aux 可以看到以下的进程root 1008 0.1 0.8 242948 31712 ? S<Ll Aug06 32:17 ovs-vswitchd unix:/var/run/openvswitch/db.sock -vconsole:emer -vsyslog:err -vfile:info --mlockall --no-chdir --log-file=/var/log/openvswitch/ovs-vswitchd.log --pidfile=/var/run/openvswitch/ovs-vswitchd.pid --detach --monitor注意这⾥ovs-vswitchd监听了⼀个本机的db.sock⽂件openvswitch.ko为Linux内核模块，⽀持数据流在内核的交换我们使⽤lsmod列举加载到内核的模块：~# lsmod | grep openvswitchopenvswitch 66901 0gre 13808 1 openvswitchvxlan 37619 1 openvswitchlibcrc32c 12644 2 btrfs,openvswitch既有Openvswitch.ko，也有ovsdb-server 轻量级数据库服务器，保存配置信息，ovs-vswitchd通过这个数据库获取配置信息通过ps aux可以看到如下进程root 985 0.0 0.0 21172 2120 ? S< Aug06 1:20 ovsdb-server /etc/openvswitch/conf.db -vconsole:emer -vsyslog:err -vfile:info --remote=punix:/var/run/openvswitch/db.sock --private-key=db:Open_vSwitch,SSL,private_key --certificate=db:Open_vSwitch,SSL,certificate --bootstrap-ca-cert=db:Open_vSwitch,SSL,ca_cert --no-chdir --log-file=/var/log/openvswitch/ovsdb-server.log --pidfile=/var/run/openvswitch/ovsdb-server.pid --detach –monitor可以看出，ovsdb-server将配置信息保存在conf.db中，并通过db.sock提供服务，ovs-vswitchd通过这个db.sock从这个进程读取配置信息。
13软件定义网络控制器及
– 当SDN网络规模较大时，该机制会导致较慢的收敛过程，影响 网络情况的实时反馈；
客户端 （控制器）
服务器 （代理）
客户端 （控制器）
服务器 （代理）
4
目录
1 控制器核心技术 南向网络控制技术 北向业务支撑技术 东西向控制器扩展技术
2 主流控制器介绍 3 Open vSwitch概述 4 Open vSwitch部署（操作）
南向网络控制
控制器的网络控制技术主要包括通过南向接口协议进行链路发现、 拓扑管理、策略制定、表项下发等 – 链路发现和拓扑管理：控制器利用南向接口的上行通道对底层 交换设备上报信息进行统一监控和统计 – 策略制定和表项下发：控制器利用南向接口的下行通道对网络 设备实施统一控制
控制逻辑 转发管理 拓扑管理
配置管理 链接发现
控制器 集群管控
集群管理
控制器API
集群管理 业务应用
API
API
控制逻辑 转发管理 拓扑管理
配置管理 链接发现
本地NIB
设备管理API
OpenFlow
OF 交
状态报告
换 机
数据操作
OF 交
状态报告
换 机
数据操作
全局NIB
本地NIB
设备管理API
OpenFlow
2 主流控制器介绍 3 Open vSwitch概述 4 Open vSwitch部署（操作）
open vswitch工作原理
Open vSwitch（OVS）是一种虚拟化的网络交换机，它是一个开源项目，旨在为虚拟化环境提供灵活的网络解决方案。
Open vSwitch最初是由Nicira Networks开发的，后来成为了一个独立的开源项目，并受到了广泛的关注和支持。
Open vSwitch能够在虚拟化环境中扮演网络交换机的角色，并支持各种网络虚拟化技术，例如VLAN、VXLAN、GRE等。
本文将介绍Open vSwitch的工作原理，包括其软件架构、数据平面和控制平面等方面的内容。
一、Open vSwitch的软件架构Open vSwitch的软件架构采用了模块化的设计，它包括数据平面和控制平面两部分。
其中，数据平面负责对数据包进行转发和处理，而控制平面则负责对数据平面进行配置和管理。
在Open vSwitch的软件架构中，数据平面和控制平面之间通过OpenFlow协议进行通信。
1. 数据平面数据平面是Open vSwitch中的核心部分，它负责处理和转发网络数据包。
数据平面由多个内部组件组成，其中最重要的组件是内核模块和用户态的ovs-vswitchd进程。
内核模块负责在内核空间中处理数据包，而ovs-vswitchd进程则负责在用户态中控制内核模块的行为。
数据平面还包括了一些其他组件，例如流表、端口组、虚拟交换机等。
2. 控制平面控制平面负责对数据平面进行配置和管理。
在Open vSwitch中，控制平面使用OpenFlow协议与数据平面进行通信。
通过OpenFlow协议，控制器可以向数据平面下发流表项，配置数据平面的行为。
除了OpenFlow控制器，Open vSwitch还支持其他控制平面的接入方式，例如OVSDB协议和管理接口等。
二、Open vSwitch的数据平面工作原理Open vSwitch的数据平面负责对网络数据包进行处理和转发。
它使用流表来管理数据包的转发行为，而ovs-vswitchd进程则负责根据流表对数据包进行处理。
openflow_nox详细参考资料总结
这是我在学习中做的一个笔记文档，仅供大家参考目录目录 (1)第一章背景 (2)第二章理论基础 (3)2.1软件定义网络SDN (3)2.2 openflow网络架构 (4)2.2.1 openflow交换机 (4)2.2.2 openflow 控制器 (8)2.2.3 openflow 虚拟化 (8)2.3 安全通道 (9)2.3.1 OF协议 (9)2.3.2 建立连接 (10)2.3.3 连接中断 (11)2.3.4 加密 (11)2.3.5 生成树 (11)第三章实验环境搭建 (11)3.1 安装open vswitch (12)3.1.1 安装KVM (12)3.1.2 安装Openvswitch (13)3.1.3 配置网桥 (14)3.2 安装NOX网络操作系统及GUI (15)3.2.1 安装NOX (15)3.2.2 安装NOX-GUI (16)3.3 环境测试 (16)3.1.1 总体拓扑图展示 (16)3.3.2 运行controller (16)3.3.3 配置open vswitch (17)3.3.4 测试open switch 与controller 是否连通 (18)3.3.5 启动GUI监测 (19)第四章Open Flow分析 (19)4.1 重要的数据结构 (19)4.1.1 of协议头 (19)4.1.2交换机端口状态 (21)4.1.3 流匹配结构 (21)4.1.4 行为结构 (22)4.1.5流表操作 (22)4.1.6 表统计信息 (23)4.1.7 端口统计 (23)4.1.8 数据包进入 (24)4.1.9 发送数据包 (24)4.1.10 流表删除 (25)4.2 openflow设备定义以及基本操作 (25)4.3 OpenFow数据通路分析 (28)第五章NOX分析 (30)5.1 事件 (30)5.1.1 事件概念 (30)5.1.2 核心事件列表 (30)5.2 组件 (31)5.2.1 组件的概念 (31)5.2.2 基于python的组件实现原理 (31)5.2.3 流表创建实现原理 (32)5.2.4 组件的基本架构 (32)第六章python组件实例 (33)6.1 实例一解析packet_in 数据包 (33)6.2实例二数据通路重定向 (33)第七章GUI 组件实例 (36)7.1 GUI 简介 (36)7.2 NOX-GUI实现原理 (36)7.2.1 SNMP协议简介 (36)7.2.2 open vswitch SNMP实现 (36)7.2.3 NOX SNMP 实现 (39)第一章背景斯坦福大学的研究者于2008 年提出OpenFlow 技术，并逐渐推广SDN 概念。
软件定义网络的开源实现平台和工具介绍(Ⅰ)
软件定义网络的开源实现平台和工具介绍随着信息技术的不断发展，网络已经成为我们日常生活和工作中不可或缺的一部分。
在传统的网络架构中，网络设备的控制和数据转发是紧密耦合的，这就限制了网络的灵活性和创新性。
软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）作为一种新的网络架构，通过将网络设备的控制平面从数据转发平面中分离出来，使得网络能够更加灵活、可编程和可管理。
为了实现SDN，需要一些开源的实现平台和工具来帮助用户快速搭建SDN网络并进行管理和编程。
本文将介绍几种常用的软件定义网络的开源实现平台和工具。
1. OpenDaylightOpenDaylight是一个由Linux基金会主持的开源项目，旨在创建一个开放平台，以加速软件定义网络和网络功能虚拟化的发展。
OpenDaylight提供了丰富的SDN控制器功能，包括流表管理、拓扑发现、网络编程接口等。
它的模块化架构使得用户可以根据自己的需求选择和定制所需的功能模块，从而实现个性化的SDN网络。
2. ONOSONOS（Open Network Operating System）是一个由主导开发的开源SDN控制器平台。
它的目标是创建一个开放的、高性能的SDN控制器，以支持大规模的网络部署和多租户应用。
ONOS提供了丰富的网络编程接口和应用程序框架，使得开发者能够快速开发和部署自己的SDN应用。
3. RyuRyu是一个轻量级的SDN控制器平台，它基于Python语言开发，具有简单、灵活和可扩展的特点。
Ryu提供了丰富的模块和库，包括OpenFlow协议库、网络拓扑库、虚拟交换机库等，使得用户可以轻松地开发自己的SDN应用和控制逻辑。
4. MininetMininet是一个用于快速创建SDN网络的开源工具，它可以在一台普通的计算机上模拟出一个包括交换机、路由器和主机在内的完整的SDN网络环境。
Mininet支持OpenFlow协议，用户可以通过Python进行自定义的控制和编程，从而实现对SDN网络的快速测试和验证。
软件定义网络应用场景分析及实现
软件定义网络应用场景分析及实现随着信息技术的快速发展，网络已经成为了人们重要的交流和信息传递渠道。
而随着网络规模的不断扩大，传统的网络架构已经无法满足现代网络的需求。
传统网络架构需要通过硬件设备来实现网络功能的分发和控制，因此在网络规模不断扩大的情况下会面临非常大的难度。
为了解决传统网络架构的瓶颈问题，软件定义网络（SDN）应运而生。
软件定义网络是一种可以实现网络控制的技术，它可以把网络控制平面和数据平面分开，使得网络的控制更加灵活和可靠。
本篇文章将从SDN的应用场景和实现的角度来阐述SDN的优势和价值。
一、SDN的应用场景SDN可以在物理网络的控制上实现更加灵活和可靠的控制方式，因此在很多领域中都可以看到SDN的应用。
在下面将介绍几个典型的SDN应用场景。
1、数据中心网络数据中心中需要处理大量的数据，尤其是在云计算模式下，数据中心性能的好坏直接关系到整个云计算平台的质量。
SDN通过分离网络控制平面和数据平面，可以使得数据中心网络更加有弹性，同时也可以实现对网络的微调。
这个特性可以使得数据中心网络更加灵活，可以适应不同的负载需求。
另外，SDN还可以快速检测和切换故障节点，保证数据中心网络的高可用性。
2、网络安全网络安全是当今信息网络中非常关键的一个部分，而SDN可以通过集中的网络控制平面来优化网络安全策略。
SDN可以将网络流量动态地分配到不同的网络隔离区域中进行处理，从而实现更加精细的网络安全管理。
此外，SDN还可以在攻击发生时快速做出反应和控制网络流量，保证网络安全的及时性和有效性。
3、企业网络SDN可以使得企业网络更加灵活和高效。
在企业网络中，不同部门和业务之间需要进行隔离，而SDN可以通过虚拟网络隔离技术实现这一目的。
另外，SDN还可以通过网络分片来实现不同部门和业务的隔离。
此外，SDN可以对网络中的流量进行灵活的管理，可以降低网络拥塞和延迟等问题。
这些特性可以使得企业网络更加适应不同的应用需求，提高网络的性能和利用率。
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SDN控制器 （n）层
I-CPI
客户端 （控制器） 服务器 （代理）
系统安全性高 ：每 个控制器层都可以 有各自的信任域， 可针对不同层次之 间的引用点进行专 门的安全强化
D-CPI 至数据平面（n-2）层
SDN控制器 （n-1）层
I-CPI
客户端 （控制器）
服务器 （代理）
4
目录
1 控制器核心技术
整个SDN网络的服务能力降级甚至全网瘫痪
– 在组网架构方面，系统中单一的控制器无法应对跨越多个地
域的SDN网络问题
16
基于控制器集群的SDN架构
控制器的软件化使得服务器可以作为控制器的载体，控制器集群
可以以服务器集群为基础进行搭建
集群层
JGroups
控制器 控制器软件
控制器 控制器软件
控制器 控制器软件
控制器 控制器软件
OpenFlow 协议 交换机 交换机 交换机 交换机 交换机 交换机 交换机 交换机
17
集群通信层
控制器集群核心技术
主控制器选举
全网拓扑获取
控制器 控制器软件 控制器 控制器软件 集群层
集群虚拟地址 控制器失效应对
控制器 控制器软件 控制器 控制器软件
OpenFlow 协议 交换机 交换机 交换机 交换机 交换机 交换机 交换机 交换机
23
L2 switch
component library
sFlow
Ryu架构
24
ONOS与OpenDaylight比较
1.驱动方式不同 ONOS：B、ONF ODL:思科、IBM
25
非营利性组织B推出的SDN控制器ONOS
26
OpenDaylight是由思科和IBM 联合其合作伙伴，以及竞争对手建立的 组织
20
Mul
NodeFlow NOX POX Ryu Trema
C
Javascript C++/Python Python Python Ruby/C
NOX/POX
NOX
是 Nicira 使 用 Python 开 发的 首 个 提供 尽 可 能通 用 接 口的 SDN 软件定义网络生态系统的控制器，也是用来构建网络控制应 用的平台。
22
Ryu
NTT主导开发，支持逻辑上集中控制的SDN操作系统
OpenStack Quantum HA with Zookeeper Stats VRRP OF-wire Firewall OF REST Topology Viewer CLI legend Snort Endpoint Netconf Topology OF-conf OVSDB JSON NetFlow
管理系统提供灵活的网络资源抽象
北向接口定义是当前SDN领域关注和争论的焦点之一
12
REST API概述
REST API（Representational State Transfer API）即表述性 状态转移是当前网络用户容易接受的方式，成为北向接口主流 REST两个基本概念： 资源（Resource）：将信息抽象为资源，任何能够命名的信息 （包括数据和功能）都能作为一个资源。 表述（Representation）： 一个资源当前或预期的状态。
27
2.面向对象不同 ONOS:运营商 3.架构不同 ODL:设备商
28
ONOS
南向抽象层
29
ODL
30
ONOS
vs
ODL
北向接口层 ONOS：将应用与网络细节隔离 ODL:支持OSGi 框架和双向的REST 接口 控制平面 ONOS：分布式核心平台，可靠性高 ODL：附加服务以插件形式加载，灵活性高
13
REST API设计原则
– 可寻址性强:用户感兴趣的所有资源，REST必须都能够寻址得到 – 接口无状态:寻址之间是互不相关的
– 注重关联性:每次寻址，需要返回所有关联的信息
– 接口要统一:为了更好的为开发者运用
14
目录
1 控制器核心技术
南向网络控制技术
北向业务支撑技术
东西向控制器扩展技术
Java API
Forwarding Learning Switch
Device Manager
Topology Manager/ Routing
Link Discovery
Flow Cache*
Storage Memory NoSql*
OpenFlow服务 Switches Controller Memory PerfMon Trace Counter Store
南向网络控制技术
北向业务支撑技术
东西向控制器扩展技术
2 主流控制器介绍
3 Open vSwitch概述
4 Open vSwitch部署（操作）
南向网络控制
控制器的网络控制技术主要包括通过南向接口协议进行链路发现、
拓扑管理、策略制定、表项下发等
– 链路发现和拓扑管理 ：控制器利用南向接口的上行通道对底层
4 Open vSwitch概述
5 Open vSwitch部署（操作）
33
Open vSwitch 起源
Martin Casado 软件定义网络之父 硅谷最炙手可热的“40 under 40”之一 OpenFlow的发明人 Nicira的创始人
34
Open vSwitch 提出的背景
二十一世纪，x86体系架构统治数据中心 服务器虚拟化技术发展 云计算登上历史舞台 只有服务器虚拟化远远不够（云计算的隔离性、弹性、动态迁移） 网络虚拟化的可选方案更多 网络领域的玩家更多，标准化组织林立 从NIC到虚机的“最后一公里”问题 控制权：硬件转移到了软件 管理方式由手动转变为自动 为基于x86的虚拟交换机的提出铺平了道路 Open Vswitch几乎成为了开源虚拟交换机的事实标准
OF交换机直连链路的发现 – LLDP协议 OF交换机非直连链路的发现 – 广播
A
B
OF交换机直连链路发现
7
拓扑管理
随时监控和采集网络中 SDN 交换机的信息，及时反馈网络的设备
工作状态和链路连接状态
– 控制器通过定时地发送包含有LLDP数据包的Packet_out消息给
与其相连接的SDN交换机并根据反馈回来的Packet_in消息获知 交换机信息，监测交换机工作状态，完成网络拓扑视图更新
31
ONOS
ODL
南向抽象层 ONOS：由网络单元构成，分布式核心平台不需要知道底层 设备的具体细节 ODL:通过plugin的方式来支持多种协议，但并不是正确的抽 象化，它暴露了设备的细节给应用程序
32
目录
1 控制器核心技术
2 主流控制器介绍
3 OpenFlow Controller和交换机工作流程
本地NIB 设备管理API OpenFlow OF 交 换 机 状态报告 数据操作 OF 交 换 机 状态报告 数据操作
全局NIB
本地NIB 设备管理API OpenFlow OF 交 换 机 状态报告 数据操作 OF 交 换 机 状态报告 数据操作 3
3
控制器层次化架构
相邻控制 器层次 间以CS模式交互
扩展性好，模块化
程度高 ：高层控制 器具有更广阔的资 源视角，支持更好 的网络资源抽象能 力提供
A-CPI 至应用平面（n+2）层
D-CPI 至数据平面（n）层 A-CPI 至应用平面（n+1）层
SDN控制器 （n+1）层
I-CPI
客户端 （控制器） 服务器 （代理）
D-CPI 至数据平面（n-1）层 A-CPI 至应用平面（n）层
交换设备上报信息进行统一监控和统计
– 策略制定和表项下发 ：控制器利用南向接口的下行通道对网络
设备实施统一控制
6
ห้องสมุดไป่ตู้
链路发现
获得 SDN 全网信息的关键，是实现网络地址学习、 VLAN 、路由
转发等网络功能的必要基础
– 与传统网络链路发现由各个网元自主进行不同， SDN 网络中的
链路发现工作由控制器统一完成
POX
是由斯坦福使用Python语言开发的基于OpenFlow的一种控 制器，是 NOX的兄弟，它具有能将交换机送上来的协议包交给指 定软件模块的功能。
21
Floodlight
Big
Switch主导开发，企业级的OF控制器
OpenStack Quantum Plugin (python) REST应用
软件定义网络 控制器及Open vSwitch
2017.5.19
目录
1 控制器核心技术
2 主流控制器介绍
3 Open vSwitch概述
4 Open vSwitch部署（操作）
SDN架构
软件定义网络（Software Defined Networking, SDN ） 应用层
云管理平台
SDN应用
2 主流控制器介绍
3 Open vSwitch概述
4 Open vSwitch部署（操作）
东西向控制器扩展
通过控制器的东西向扩展，形成分布式集群，避免单一控制器可
能存在的可靠性、扩展性、性能等方面的问题
– SDN支持控制能力的集中化，使得控制器具有更大的责任 – 一旦控制器在性能或者安全性上不能得到有效保障，将导致
– 当 SDN 网络规模较大时，该机制会导致较慢的收敛过程，影响
网络情况的实时反馈；
8
策略制定
交换机流表生成算法是影响控制器智能化水平的关键因素
控制器需要针对不同网络层次的传输需求，制定相应的转发策略
并生成对应的流表项