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01-OpenFlow配置
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随着虚拟化技术的大规模应用，传统的网络架构和网络设备的不足越来越多的被暴露出来，如控制平面与转发平面相集成，扩展性低，不易定制，技术更新周期长，过于依赖网络设备商。而虚拟化技术要求设备操作简单灵活、扩展性能高、不需要用专门的芯片来进行转发控制。传统的网络设备已经无法满足虚拟化技术以及数据中心网络的需求。而SDN（Software Defined Network，软件定义网络）技术可以分离控制平面和网络转发平面，解决数据中心网络中所面临的问题。
OpenFlow是SDN（Software Defined Network，软件定义网络）架构中定义的一个控制器与转发器之间的通信接口标准。OpenFlow允许控制器直接访问和操作网络设备的转发平面，这些网络设备可能是物理上的，也可能是虚拟的路由器或者交换机。
OpenFlow的思想：分离控制平面和数据平面，二者之间使用标准的协议通信；数据平面采用基于流的方式进行转发。
OpenFlow网络由OpenFlow网络设备（Switch）和控制器（Controller）通过安全通道（OpenFlow channel）组成，如图1-1所示。OpenFlow设备与Controller通过TCP建立通道，进行OpenFlow消息交互，实现表项下发、查询以及状态上报等功能。
图1-1 OpenFlow网络组成
OpenFlow Switch有下面两种：
· OpenFlow-Only Switch：仅支持OpenFlow转发。
· OpenFlow-Hybrid Switch：既支持OpenFlow转发，也支持正常转发。本系列交换机即为OpenFlow-Hybrid Switch。
OpenFlow接口有下面三类：
· 物理接口：例如交换机的以太网接口等，可以作为入接口和出接口。
设备不支持匹配Tunnel接口和LoopBack接口。
· 保留接口：由转发动作定义的接口，实现OpenFlow转发功能。除Any接口外，其他接口仅可以作为出接口，仅Controller和Local可以作为入接口，具体类型请参见表1-1。
OpenFlow支持多实例。每个OpenFlow实例可以单独连接控制器，相当于一台独立的OpenFlow设备，OpenFlow实例根据控制器下发的流表项指导流量的转发，下文如果没有特殊说明，交换机为一个OpenFlow实例。
OpenFlow实例通过VLAN划分作用范围，在实例的作用范围内，流量转发遵循流表中定义的规则。
OpenFlow实例配置完成后，需要进行激活才能生效。
OpenFlow需要将设备的支持能力、当前的接口信息等设备信息上报给控制器后，控制器才能够下发流表项指导转发。
在配置更改的情况下，需要重新激活实例，使配置生效。在激活配置时，OpenFlow实例会与所有控制器断开连接，然后重新进行连接。
OpenFlow协议规定OpenFlow实例需要将接口信息上报给控制器，这些接口包括物理接口、逻辑接口以及保留接口中的Local。
对于通过VLAN划分作用范围的OpenFlow实例，当且仅当接口所属VLAN完全包含了OpenFlow对应的VLAN后，该接口才是该OpenFlow实例的接口，可以被上报到控制器。如果配置了loosen模式，只要接口所在VLAN与实例配置VLAN存在交集，接口就属于OpenFlow实例。
OpenFlow通过流表（Flow Table）来匹配和处理报文，在同一个流表中按规则的优先级进行先后匹配。一台OpenFlow交换机可以包含一个或者多个流表。
流表分为两种类型：
· MAC-IP流表：通过MAC地址表和FIB表实现。只能匹配报文的目的MAC地址、VLAN以及目的IP地址，动作也仅支持修改报文的目的MAC地址、源MAC地址、VLAN以及指定出接口。
· Extensibility流表：即扩展流表，可以匹配报文的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、报文优先级、TCP源端口、TCP目的端口等。
· Match Fields：报文匹配规则。可以匹配入接口、报文头等字段。
· Priority：优先级。定义流表项之间的匹配顺序，优先级高的先匹配。
· Counters：统计计数。统计有多少个报文和字节匹配到该流表项。
· Instructions：动作指令集。定义匹配到该流表项的报文需要进行的处理。流表项动作指令集是对动作进行操作，流表项的动作有两种执行类型：
¡ 动作集（Action Set）：一系列动作的组合，设备不会立刻修改报文内容，直到报文不再需要进入下一级流表，动作集里每种动作仅有一个，并且按照图1-2从上到下的顺序执行。
¡ 动作序列（Action List）：需要立即执行的一系列动作，其动作内容与动作集相同，此时立即修改报文的内容，并且执行顺序按照下发的顺序执行。
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进入下一级流表，Extensibility流表不支持该动作指令集 |
· Timeouts：超时时间。包括了Idle time和Hard time。
¡ Idle time：在Idle time时间内，如果没有报文匹配到该流表项，则此流表项被删除。
¡ Hard time：在hard time时间超时后，无论是否有报文匹配到该流表项，此流表项都会被删除
· Cookie：控制器下发的流表项的标识。
如图1-3所示，报文进入设备后，设备先解析报文，然后从第一个流表开始，按照流表编号从小到大依次匹配，当数据包成功匹配一条规则后，将首先更新该规则对应的统计数据（如成功匹配数据包总数），然后根据规则中的指令进行相应操作（例如转下一个流表继续处理、修改或者立即执行该数据包对应的动作等）。当数据包处于最后一个流表时，其对应的动作将被执行（例如转发至某一端口、修改数据包某一字段或丢弃数据包等）。
图1-3 OpenFlow转发示意图
每个流表都包含一个Table Miss流表项，该表项用于定义在流表中没有匹配的报文的处理方式，该表项匹配任何报文，优先级为0，动作指令与正常表项相同。
Group Table由Group表项组成，Group表项被流表项所引用，提供额外的报文转发功能。
图1-4 Group表项结构
· Group Identifier：Group ID，用于识别Group，32bits。
· Group Type：Group类型。All表示执行所有动作桶，用于组播或者广播。
· Counters：当报文被Group处理时，更新计数器。
· Action Buckets：一个由动作桶组成的有序列表。每个动作桶由许多动作组成。
Meter Table由Meter表项组成，Meter表项被流表项所引用，为所有引用Meter表项的流表项提供报文限速的功能。
图1-5 Meter表项结构
· Meter Identifier：Meter ID，用于识别Meter，32bits。
· Meter Bands：一个Meter表项可以包含一个或者多个Meter Bands，每个Meter Band定义了速率以及动作。当报文的速率超过了某些Meter Band，根据这些Meter Band中速率最大的那个定义的动作进行处理。
· Counters：当报文被Meter处理时，更新计数器。
· Band Type：Band类型，定义报文如何处理。为可选，可使用丢弃（drop），即报文高于该速率会被丢弃；以及重新标记DSCP（dscp remark）。
· Rate：Meter用于选择Band的最低速率，即报文速率高于该速率并最接近该速率，该Band将被应用。
· Counters：当Band处理报文时，更新计数器。
· Type Specific arguments：某些Band含有的特定参数。
OpenFlow Switch Specification Version1.3.1
表1-3 OpenFlow配置任务简介
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配置OpenFlow实例的基本能力 |
配置OpenFlow实例对应的VLAN |
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配置OpenFlow实例与控制器的连接模式 |
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配置Extensibility流表项的上限 |
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配置OpenFlow实例对应的VLAN禁止MAC地址学习 |
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配置OpenFlow实例的Datapath ID |
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配置OpenFlow定时器 |
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当LLDP与OpenFlow配合使用时，需要在Openflow网络设备上全局使能LLDP功能，但为了此时LLDP不影响OpenFlow控制器发现拓扑，建议在OpenFlow实例内的接口上关闭LLDP功能。有关LLDP的详细介绍，请参见“二层技术-以太网交换配置指导”中的“LLDP”。
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创建OpenFlow实例，并进入OpenFlow实例视图 |
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（可选）配置OpenFlow实例描述 |
缺省情况下，未配置OpenFlow实例的描述信息 |
下面配置用于定义OpenFlow实例的基本能力，设备与控制器建立连接后，会向控制器上报这些基本能力，控制器根据这些能力下发表项。
配置OpenFlow实例对应的VLAN后，对应VLAN内的流量根据OpenFlow流表项转发，其它VLAN内的流量进行正常转发。
· 不能将同一个VLAN映射到多个实例中，否则，流量无法正确处理。
· 如果OpenFlow实例对应的VLAN不存在，在激活实例后，不存在的VLAN会自动创建。在实例激活后，请不要删除OpenFlow实例对应的VLAN。
· 配置VLAN对应的VLAN接口下不允许配置BFD MAD检测功能，该功能的相关内容请参见“IRF配置指导”中的“IRF”。
· TRILL端口所属VLAN的流量都由TRILL协议控制转发，因此OpenFlow实例对应的VLAN不能配置为TRILL端口所属VLAN，否则可能出现流量不通等现象。
表1-5 配置OpenFlow实例对应的VLAN
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进入OpenFlow实例视图 |
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配置OpenFlow实例对应的VLAN |
缺省情况下，没有配置OpenFlow实例对应的VLAN |
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进入OpenFlow实例视图 |
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配置OpenFlow实例下的流表类型和流表ID |
缺省情况下，Extensibility流表ID为0，没有配置MAC-IP流表ID 一个OpenFlow实例只支持配置一个MAC-IP表和一个Extensibility表，如果多次执行该命令，后面的配置将会覆盖前面的配置 MAC-IP表的ID值必须小于Extensibility表的ID值 |
OpenFlow实例与控制器连接时，支持以下两种模式：
· Single模式：同一时刻，OpenFlow实例仅与一个控制器建立连接，配置的多个控制器之间互为备份，当且仅当当前的连接断开后，OpenFlow实例连接下一个控制器，直到连接成功。
· Multiple模式：同一时刻，OpenFlow实例可以与多个控制器建立连接，在与某个控制器连接失败或者断开连接后，在重连时间间隔后重新与之进行连接，直到连接成功。
Single模式下，设备根据控制器ID依次连接控制器，只有在前一个控制器连接不上时才会连接下一个控制器。如果配置了多个路由不可达的控制器，设备遍历到路由可达的控制器并建立连接所用时间可能较长。
表1-7 配置OpenFlow实例与控制器的连接模式
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进入OpenFlow实例视图 |
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配置OpenFlow实例与控制器的连接模式 |
缺省情况下，OpenFlow实例与控制器的连接模式为multiple |
在OpenFlow实例中允许定义Extensibility流表支持的表项最大值，当控制器下发的流表表项个数超过最大值的时候，向控制器返回失败。
表1-8 配置Extensibility流表项的上限
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进入OpenFlow实例视图 |
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配置Extensibility流表项的上限 |
缺省情况下，Extensibility流表项的的上限为65535 |
带内管理VLAN是OpenFlow实例对应的VLAN中的一个或多个VLAN，专门用于在OpenFlow实例内建立该实例与控制器的连接。
配置带内管理VLAN后，带内管理VLAN中的数据报文不再进行OpenFlow转发，并且仅在带内管理VLAN中的端口不再属于OpenFlow接口。因此，进行该功能的配置前，请用户做好网络规划。
带内管理VLAN必须是OpenFlow实例对应的VLAN的子集。
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进入OpenFlow实例视图 |
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配置该功能后，OpenFlow实例对应的VLAN的MAC地址学习功能被禁止。
带内管理VLAN不受该功能限制。
表1-10 配置OpenFlow实例对应的VLAN禁止MAC地址学习
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进入OpenFlow实例视图 |
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配置OpenFlow实例对应的VLAN禁止MAC地址学习 |
缺省情况下，OpenFlow实例对应的VLAN允许MAC地址学习 |
表1-11 配置禁止OpenFlow实例上送Controller的端口类型
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进入OpenFlow实例视图 |
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配置禁止OpenFlow实例上送Controller的端口类型 |
缺省情况下，OpenFlow实例中所有接口都上报Controller |
使用active instance命令激活OpenFlow实例后，且Controller没有下发动作前，Table Miss表项的缺省动作为丢弃报文，配置该功能后，Table Miss表项的缺省动作修改为允许报文进行正常转发。
表1-12 配置Table Miss表项的缺省动作
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进入OpenFlow实例视图 |
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配置Table Miss表项的缺省动作 |
缺省情况下，Table Miss表项的缺省动作为丢弃报文 |
OpenFlow网络中，每个OpenFlow实例都使用唯一的Datapath ID来标识本实例。缺省情况下，OpenFlow实例的Datapath ID由实例ID和设备桥MAC组成，用户可以配置Datapath ID。
表1-13 配置OpenFlow实例的Datapath ID
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进入OpenFlow实例视图 |
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配置OpenFlow实例的Datapath ID |
缺省情况下，OpenFlow实例的Datapath ID由实例ID和设备桥MAC组成，前16位为实例ID，后48位为设备桥MAC |
此功能用于激活实例。如果实例已经与控制器建立了连接，修改OpenFlow实例的基本能力配置后，需要重新激活该OpenFlow实例，此时，OpenFlow实例会断开与所有控制器的连接，清除已经下发的流表，根据当前的配置更新OpenFlow实例的能力集，重新与控制器建立连接。
重新激活OpenFlow实例会导致流量中断，请谨慎使用。
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进入OpenFlow实例视图 |
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一个OpenFlow实例可以连接多个控制器，但仅允许与一个控制器建立主连接，用于控制消息的处理（下发流表项、获取数据、信息上报等），需要使用TCP保持可靠的连接。
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进入OpenFlow实例视图 |
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最多支持配置64个控制器 |
一旦OpenFlow实例与所有控制器断开连接，则OpenFlow实例必须进入连接中断模式，模式分为两种：
· Secure模式：连接断开后，交换机根据流表项转发。不主动删除控制器下发的表项，而是等待表项超时后进行删除，一旦连接建立成功，未超时的表项依然存在。
· Standalone模式：连接断开后，交换机正常转发。
如果交换机与控制器重新连接成功，则继续作为OpenFlow设备根据流表项进行转发。
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进入OpenFlow实例视图 |
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控制器和交换机都会发送Echo request/reply报文，用于验证连接是否正常。
连接检测定时器用于定义发送Echo request报文时间间隔，当超过三次Echo request报文发送并且没有收到Echo reply报文，则OpenFlow实例与控制器的连接断开。
OpenFlow实例与控制器重连的时间间隔定义OpenFlow实例与控制器断开连接后再次开始重新连接的时间间隔。
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进入OpenFlow实例视图 |
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配置发送Echo request报文的时间间隔 |
缺省情况下，发送Echo request报文的时间间隔为5秒 设备CPU负担较大的情况下，请配置较大的发送Echo request报文的时间间隔 |
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配置OpenFlow实例与控制器重连的时间间隔 |
缺省情况下，OpenFlow实例与控制器重连的时间间隔为60秒 |
此功能仅在支持MAC-IP流表情况下，决定是否支持控制器在查询或者删除流表项时包含动态MAC地址。
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进入OpenFlow实例视图 |
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在完成上述配置后，在任意视图下执行display命令可以显示配置后OpenFlow的运行情况，以及控制器下发的流表项。
表1-19 OpenFlow显示和维护
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显示OpenFlow实例的详细信息 |
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显示OpenFlow实例的流表信息 |
display openflow instance instance-id flow-table [ table-id ] |
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显示OpenFlow实例的控制器信息 |
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显示OpenFlow实例的Group表信息 |
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显示OpenFlow实例的Meter表信息 |
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显示OpenFlow实例的概要信息 |
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清除控制器发送和接收的报文的统计计数 |
reset openflow instance instance-id controller [ controller-id ] statistics |
· 创建OpenFlow实例1，把VLAN 4092和4094映射到OpenFlow实例中1，并激活实例。
· 使用VLAN 1作为OpenFlow实例1与控制器通信的VLAN。
· 配置OpenFlow实例1连接的控制器，用来控制器能够控制OpenFlow实例1上的流量转发。
图1-7 OpenFlow配置组网图
# 创建VLAN 4092和4094。
[Switch] vlan 4092
[Switch-vlan4092] port ten-gigabitethernet 1/0/1
[Switch-vlan4092] quit
[Switch] vlan 4094
[Switch-vlan4094] port ten-gigabitethernet 1/0/2
[Switch-vlan4094] quit
(2) 创建实例并映射VLAN
[Switch-of-inst-1] classification vlan 4092 mask 4093 loosen
(3) 配置控制器1的IP地址为192.168.49.49，并激活实例
[Switch-of-inst-1] controller 1 address ip 192.168.49.49
[Switch-of-inst-1] active instance
# 显示实例详细信息。
[Switch-of-inst-1] display openflow instance 1
Instance 1 information:
Configuration information:
Description : --
Active status : Active
Inactive configuration:
None
Active configuration:
Classification VLAN, loosen mode, total VLANs(2)
4092, 4094
In-band management VLAN, total VLANs(0)
Empty VLAN
Connect mode: Multiple
Mac address learning: Enabled
Flow table:
Table ID(type): 0(Extensibility), count: 0
Flow-entry max-limit: 65535
Datapath ID: 0x00010cda415e232e
Default table-miss: Drop
Forbidden port: None
Port information:
Ten-GigabitEthernet1/0/1
Ten-GigabitEthernet1/0/2
Active channel information:
Controller 1 IP address: 192.168.49.49 port: 6633
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