圖解OpenFlow

第1章　OpenFlow概要　　1
1.1 OpenFlow的發展歷程　　2
1.1.1　OpenFlow的歷史　　2
1.1.2　ONF　　2
1.2 有效運用現有硬件，實現高效設計　　4
1.3 所謂OpenFlow，具體是指什麼　　5
1.3.1　OpenFlow的網絡構成示例　　5
1.3.2　控制面和數據面的分離　　5
1.3.3　控制面的構建方法　　6
1.3.4　數據面的構建方法　　7
1.3.5　OpenFlow控制器和OpenFlow通道　　9
1.3.6　流表　　10
1.4 控制器和交換機的基本動作　　11
1.4.1　OpenFlow交換機的初始動作　　11
1.4.2　Proactive模式設置　　11
1.4.3　Reactive模式設置　　11
1.5 OpenFlow的動作示例　　14
1.5.1　動作示例1　　14
1.5.2　動作示例2　　15
1.5.3　動作示例3　　15
1.5.4　其他動作示例　　16
1.6 不斷變化的OpenFlow規范　　17
1.6.1　OpenFlow 1.0版本以后快速變化的規范　　17
1.6.2　實現OpenFlow 1.3標准化后　　17
1.6.3　本書中對OpenFlow 1.1以上版本的說明　　18
第2章　OpenFlow 1.0的機制　　19
2.1 OpenFlow 1.0中的流表和流表項　　20
2.2 流表項　　22
2.2.1　頭字段　　22
2.2.2　計數器　　25
2.2.3　行動　　26
2.3 行動　　27
2.3.1　Forward行動　　27
2.3.2　Drop行動　　28
2.3.3　Enqueue行動（可選）　　29
2.3.4　Modify-Field行動（可選）　　29
2.4 控制器和交換機之間的消息　　32
2.4.1　安全通道的建立　　32
2.4.2　消息格式　　32
2.4.3　安全通道的建立和初始設置　　33
2.4.4　握手　　35
2.4.5　Flow-Mod消息　　39
2.4.6　Packet-In消息　　45
2.4.7　Packet-Out消息　　46
2.4.8　Port-Status消息　　47
2.4.9　Flow-Removed消息　　48
2.4.10　Error消息　　49
2.4.11　Barrier消息　　50
2.4.12　Echo消息　　51
2.5 OpenFlow Switch Errata Version 1.0.1　　53
2.6 新規范變化很大，需要注意　　54
第3章　LLDP 和OpenFlow　　55
3.1 LLDP和OpenFlow　　56
3.2 LLDP的機制　　58
3.2.1　在LLDP中使用的目標以太網地址　　58
3.2.2　LLDP中使用的3 種組播以太網地址　　59
3.2.3　LLDPDU格式　　60
3.3 OpenFlow中有效使用LLDP的方法示例　　62
3.3.1　事先准備　　62
3.3.2　通過Packet-Out消息發送LLDP幀　　63
3.3.3　 通過Packet-In消息將LLDP幀發送至OpenFlow控制器　　64
3.4 基於迪傑斯特拉算法的路徑計算　　66
第4章　通過實現L2交換機的功能來學習OpenFlow　　69
4.1 通過具體網絡設備的實現理解OpenFlow　　70
4.2 中繼器HUB　　71
4.2.1　該示例中的網絡構成　　71
4.2.2　通過Proactive模式設置實現　　71
4.2.3　 將所有數據包Packet-In至OpenFlow控制器的方法　　73
4.3 自學習橋接器　　77
4.3.1　該示例中的網絡構成　　77
4.3.2　使用OpenFlow 1.0挑戰自學習橋接器　　78
4.3.3　監控ARP 並創建流表項　　83
4.3.4　如果將PC A和PC B對調，結果會怎樣　　89
4.3.5　 通過發送源和目標以太網地址的配對進行管理的方法　　90
4.3.6　 在OpenFlow 1.1以上版本中實現自學習橋接器的方法　　90
4.4 Tagged VLAN　　92
4.4.1　該示例中的網絡構成　　92
4.4.2　實現Tagged VLAN的設置（OpenFlow交換機1）　　93
4.4.3　實現Tagged VLAN的設置（OpenFlow交換機2）　　96
4.4.4　該示例中的注意事項　　98
第5章　OpenFlow與虛擬化　　99
5.1 服務器虛擬化和網絡虛擬化　　100
5.1.1　服務器虛擬化　　100
5.1.2　動態遷移　　101
5.1.3　多租戶　　102
5.1.4　網絡虛擬化　　103
5.2 基於OpenFlow的網絡虛擬化的實現方法示例　　105
5.2.1　使用VLAN ID的方法　　105
5.2.2　使用物理端口/邏輯端口的方法　　105
5.2.3　OpenFlow控制器的實現要點　　106
5.2.4　其他方法　　106
5.3 FlowVisor　　107
5.3.1　FlowVisor概要　　107
5.3.2　 FlowVisor和OpenFlow控制器之間的OpenFlow通道　　107
5.3.3　FlowVisor的串聯　　108
5.3.4　 FlowVisor和虛擬網絡　　109
5.3.5　設置FlowVisor時的注意事項　　110
第6章　通過用例考察OpenFlow　　111
6.1 使用以太網地址的用戶管理　　112
6.2 ECMP　　114
6.2.1　該示例中的網絡構成　　114
6.2.2　通過發送源地址區分時　　115
6.2.3　通過TCP端口號區分時　　116
6.2.4　輪詢方式　　116
6.3 簡易負載均衡　　117
6.4 選擇性端口映射　　118
6.4.1　單純的端口映射　　118
6.4.2　僅映射特定的TCP端口　　119
6.4.3　OpenFlow 1.1的「組」和映射　　120
6.4.4　 從多個OpenFlow交換機持續進行選擇性映射並轉發至監控設備　　 120
6.5 重定向至安全產品　　121
6.6 與虛擬路由近似的動作（多層交換機）　　122
6.6.1　該示例中的網絡構成　　122
6.6.2　同一子網內的數據包轉發處理　　123
6.6.3　經過路由器的數據包轉發處理　　123
6.6.4　作為虛擬路由器響應ARP請求　　124
6.6.5　虛擬路由器使用ARP解決以太網地址　　125
6.6.6　TTL 的處理　　126
第7章　OpenFlow1.1　　127
7.1 OpenFlow 1.1中的變更要點　　128
7.2 匹配字段的變更　　129
7.3 多流表規范的變更（流水線處理）　　130
7.3.1　流水線處理　　130
7.3.2　元數據　　134
7.3.3　OpenFlow 1.1中的自學習橋接器的實現手法　　135
7.4 指令　　136
7.4.1　何謂指令　　136
7.4.2　行動、行動集、行動列表、指令的區別　　136
7.4.3　對行動的變更　　137
7.5 組　　139
7.5.1　組表　　139
7.5.2　組表項　　139
7.5.3　組類型　　140
7.5.4　組的組　　144
7.6 虛擬端口的擴展　　145
7.7 TTL 字段操作　　146
7.7.1　copy TTL inwards/copy TTL outwards　　146
7.7.2　接收到包含非法TTL 值的數據包時的處理　　147
7.7.3　不能實施TTL 的匹配　　148
7.8 OpenFlow 1.1中其他的變更　　149
7.8.1　支持MPLS標簽和VLAN 標簽的Push/Pop　　149
7.8.2　OpenFlow混合交換機　　149
7.8.3　支持SCTP　　149
7.8.4　支持ECN　　150
7.8.5　OpenFlow交換機和控制器之間連接名稱的變更　　150
7.8.6　緊急事態流緩存的取消　　151
7.8.7　Vendor消息名稱的變更　　151
第8章　OpenFlow 1.2　　153
8.1 OpenFlow 1.2中的變更點　　154
8.2 OpenFlow eXtensible Match（OXM）　　155
8.2.1　OXM TLV 的基本結構　　155
8.2.2　匹配字段解析規范的取消和Pre-requisite　　157
8.2.3　OXM匹配字段　　158
8.2.4　OXM中的通配符　　159
8.2.5　OXM TLV示例　　160
8.2.6　基於OXM的Set-Field　　162
8.2.7　 取消TCP、UDP、SCTP、ICMP重載使用相同字段　　162
8.3 支持基本的IPv6　　163
8.4 支持多台控制器（故障轉移和負載均衡）　　164
8.4.1　Role　　164
8.4.2　Role變更　　165
8.4.3　OpenFlow控制器之間的協作　　165
8.5 OpenFlow 1.2中的其他變化　　167
8.5.1　將虛擬端口分離為邏輯端口和保留端口　　167
8.5.2　 Flow-Mod的MODIFY/MODIFY_STRICT的規范變更　　167
8.5.3　對實驗性擴展的支持　　167
8.5.4　變更歷史記錄的添加　　168
第9章　OpenFlow 1.3　　169
9.1 OpenFlow 1.3中的變更要點　　170
9.2 計量表（QoS支持）　　171
9.3 Table-miss的默認動作改為Drop　　173
9.3.1　Table-miss流表項　　173
9.3.2　流表匹配流程的變更　　173
9.4 OpenFlow 1.3中的其他變更　　175
9.4.1　 OpenFlow控制器和OpenFlow交換機之間的輔助連接　　175
9.4.2　 可以通過UDP、DTLS等與OpenFlow控制器進行通信　　175
9.4.3　支持IPv6擴展頭　　176
9.4.4　OXM 匹配字段的添加　　176
9.4.5　支持PBB　　176
9.4.6　多框架　　177
9.4.7　從握手時的Features響應消息中刪除端口號　　178
9.4.8　流表項構成要素的變更　　178
9.5 OpenFlow 1.3.1和1.3.2　　179
9.5.1　OpenFlow通道中版本協商的變更　　179
9.5.2　建立與OpenFlow控制器之間的OpenFlow 通道　　179
第10章　OpenFlow的注意事項　　181
10.1 Packet-In消息的處理負載　　182
10.1.1　控制面帶寬較窄導致的故障　　183
10.1.2　Packet-In導致的消息延遲　　183
10.2 匹配和流相關的注意事項　　184
10.2.1　未發現TCP標志　　184
10.2.2　並非數據包及幀的任意字段都可進行匹配　　184
10.2.3　匹配字段的依賴關系　　185
10.3 取決於實現的事項　　187
10.3.1　流表項數量的上限　　187
10.3.2　 OpenFlow控制器可同時控制的OpenFlow交換機數量的上限　　 187
10.3.3　通過buffer_id表示的數據包未必保存着　　187
10.3.4　OpenFlow通道斷開時的重新連接計時器　　188
10.4 從下流發送Flow-Mod　　189
10.5 Barrier消息和錯誤　　190
10.5.1　Flow-Mod之后的Packet-Out　　190
10.5.2　向不同的OpenFlow交換機發送Flow-Mod 消息和Packet-Out
　　　 消息時　　192
10.6 沒有檢測Packet-Out失敗的方法　　194
10.7 IP 碎片處理　　195
第11章　OpenFlow的未來 197
11.1 互通性驗證　　198
11.1.1　OF-Test　　198
11.1.2　PlugFest　　198
11.1.3　2012 年進行的第1次PlugFest　　198
11.1.4　第2次、第3次PlugFest　　199
11.1.5　今后的課題　　199
11.2 Northbound API　　201
11.3 OF-CONFIG　　202
附錄　　203
附錄1　各版本的行動一覽　　204
附錄1.1　OpenFlow 1.0的行動　　204
附錄1.2　OpenFlow 1.1的行動　　205
附錄1.3　OpenFlow 1.2的行動　　206
附錄1.4　OpenFlow 1.3的行動　　207
附錄2　各版本的消息一覽　　209
附錄 2.1　OpenFlow 1.0的消息　　209
附錄2.2　OpenFlow 1.1的消息　　210
附錄2.3　OpenFlow 1.2的消息　　211
附錄2.4　OpenFlow 1.3的消息　　212
附錄3　OpenFlow 從1.0到1.3.2的變更之處　　213
附錄3.1　行動集　　213
附錄3.2　指令　　213
附錄3.3　行動列表　　213
附錄3.4　組表　　214
附錄3.5　計量表　　214
附錄3.6　行動　　214
附錄4　參考文獻及URL　　215