基于ODL与Pica8交换机端到端的限速实验 | SDNLAB

一、介绍

本实验中，使用OpenDaylight控制器的REST APIs来控制Pica8交换机。使用flow table与meter table（OF1.3的特性）来达到端到端限速的目的。没有实体交换机的同学可以使用CPqD与Mininet来完成实验（安装指南见参考资料1）。目前，OpenvSwitch 2.5不支持meter。
1.1 OF1.3 Meter简介
Meter Table是在OF1.3中引入的一个新概念。个人认为它最与众不同的地方是用它可以实现per-flow的QoS，例如本次实验展示的就是rate-limiting。OVSDB也具有限流功能，但OVSDB的限流只能针对端口（不知道有没有小伙伴成功使用过OVSDB限流的，在本机上测试可行，但是用两台实体机操作暂时还未成功）。

每一个Meter Table表项由三元组构成，Meter Identifier，Meter Bands和Counters。这里介绍一下Meter Bands，在Meter Bands中定义了这个Meter的速率（rate）以及busrt size。不同交换机在拥有相同Meter rate的情况下，不同的burst size会带来不同的限流结果。在某台交换机上，使用rate=8000，burst size=200的时候，实际限流效果为7000多左右，而在另一台交换机上，使用rate=8000，burst size=8000的时候，实际限流效果才为7000多左右。

Band由四元组构成Band Type、Rate、Counters、Type specific arguments。OF1.3中只定义了drop与dscp remark两种类型的band。前者就是当包的速率超过一个阈值的时候，会丢包。dscp remark，当包的速率超过一定阈值的时候，会减少包IP头中的DSCP域的值。上述这个阈值即为rate。

每一个flow entry可以在其instruction域里对应一个meter。

二、实验环境

OpenDaylight distribution-karaf-0.4.1-Beryllium-SR1
Pica8 Switch (p3, p4)
FW Version: 2.6.5/24714
OF Version: 1.3
OVS Version: 2.3
Switch ID in OpenDaylight:
p3: openflow:6790870225108767794
p4: openflow:6790870225108767797
Iperf Server (SR1)
IP: 1.1.1.1 (eth2)
Iperf Client (SR2)
IP: 1.1.1.2 (eth3)
2.1 实验拓扑

2.2 步骤与结果

注意1：必须先下meter然后才能下flow entry！
注意2：在写request的时候要记得填写authorization，默认用户名和密码都是admin！

A. 配置交换机P3

往交换机P3上加meter
方法： PUT
URI: http://{controller-IP}:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/{node-id}/meter/｛meter-id｝
这个URI很好理解，就是往一个id为{node-id｝的交换机上添加一个id为｛meter-id｝的meter。Request body中的中的meter-kbps和meter-burst特别重要，因为ODL默认发送的rate的单位是package per second。Meter-burst也一定要填，是因为不填的时候限速没效果。

<meter xmlns="urn:opendaylight:flow:inventory">
    <meter-id>5</meter-id>
    <flags>meter-kbps meter-burst</flags>
    <container-name>abcd</container-name>
    <meter-band-headers>
        <meter-band-header>
            <band-id>0</band-id>
            <meter-band-types>
                <flags>ofpmbt-drop</flags>
            </meter-band-types>
            <drop-rate>8000</drop-rate>
            <drop-burst-size>100</drop-burst-size>
            </meter-band-header>
    </meter-band-headers>
    <meter-name>Foo</meter-name>
</meter>

<meter-id>5</meter-id>

<flags>meter-kbps meter-burst</flags>

<container-name>abcd</container-name>

<meter-band-headers>

<meter-band-header>

<band-id>0</band-id>

<meter-band-types>

<flags>ofpmbt-drop</flags>

</meter-band-types>

<drop-rate>8000</drop-rate>

<drop-burst-size>100</drop-burst-size>

</meter-band-header>

</meter-band-headers>

<meter-name>Foo</meter-name>

</meter>

B. 往交换机P3上加带有meter的flow entry （从源IP到目的IP）

方法： PUT
URI: http://{controller-IP}:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/{node-id}/table/{table-id}/flow/{flow-id}
通过这个可以看出一个简单的OF1.3的flow table表项是由match和instructions构成的（当然还有priority、couter、timeout和cookie）。Instructions由instruction构成，然后每一个instruction又由一个或多个action构成。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<flow xmlns="urn:opendaylight:flow:inventory">
    <priority>1</priority>
    <flow-name>Foo</flow-name>
    <match>
        <ethernet-match>
            <ethernet-type>
                <type>2048</type>
            </ethernet-type>
        </ethernet-match>
        <in-port>48</in-port>
    </match>
    <id>2</id>
    <table_id>0</table_id>
    <instructions>
        <instruction>
            <order>0</order>
            <apply-actions>
                <action>
                   <order>0</order>
                   <output-action>
                <output-node-connector>68</output-node-connector>
                   </output-action>
                </action>
            </apply-actions>
        </instruction>
        <instruction>
            <order>1</order>
            <meter>
                <meter-id>5</meter-id>
            </meter>
        </instruction>
    </instructions>
</flow>

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>

<flow-name>Foo</flow-name>

<match>

<ethernet-match>

<ethernet-type>

</ethernet-type>

</ethernet-match>

<in-port>48</in-port>

</match>

<table_id>0</table_id>

<apply-actions>

<output-action>

<output-node-connector>68</output-node-connector>

</output-action>

</action>

</apply-actions>

</instruction>

<meter>

<meter-id>5</meter-id>

</meter>

</instruction>

</instructions>

</flow>

C. 往交换机P3上加从目的IP到源IP的flow entry

方法： PUT
URI: http://{controller-ip}:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/{node-id}/table/{table-id}/flow/{flow-id}
本条流与上条流最大的区别就是在action中没有指定meter-id。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<flow xmlns="urn:opendaylight:flow:inventory">
    <priority>1</priority>
    <flow-name>Foo</flow-name>
    <match>
        <ethernet-match>
            <ethernet-type>
                <type>2048</type>
            </ethernet-type>
        </ethernet-match>
        <in-port>68</in-port>
    </match>
    <id>2</id>
    <table_id>0</table_id>
    <instructions>
        <instruction>
            <order>0</order>
            <apply-actions>
                <action>
                   <order>0</order>
                   <output-action>
                       <output-node-connector>48</output-node-connector>
                   </output-action>
                </action>
            </apply-actions>
        </instruction>
    </instructions>
</flow>

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>

<flow-name>Foo</flow-name>

<match>

<ethernet-match>

<ethernet-type>

</ethernet-type>

</ethernet-match>

<in-port>68</in-port>

</match>

<table_id>0</table_id>

<apply-actions>

<output-action>

<output-node-connector>48</output-node-connector>

</output-action>

</action>

</apply-actions>

</instruction>

</instructions>

</flow>

D. 查看P3上的流表

其中最后两条是应用meter的flow entry。事实上只要指定单向流即可。

这个meter的结果是缺少meter-burst的。当你添加了meter-burst，这个结果会增加一项burst_size=100。

2.3 测试结果
在Ｐ3与Ｐ4都设置了8000Kbits/sec的限流。然后使用SR2来以10000Kbits/s的速度向SR1发送UDP。然后结果显示传输速率已经被限制为7767Kbits/s。
SR1 Server

SR2 client

三、遇到问题与解决方案

1.删除了一些流表项，但是他们过了一段时间又出现了。
据猜测，OpenDaylight会将一些流表项存在其data store中，他们不会被自动删除。而且就算在交换机端手动删除掉了流表，ODL里的这个流表还是存在的。故当ODL试图保持data store和交换机中的数据的一致性时，会再次下发这个流表。

2.配置了流表项和meter项，但是发送的限速的效果不好。
可能是由于没有设置burst size导致。解决方案就是设置burst size。经测试，如果多条flow entries使用了同一个meter，那么这个meter的效果会变差。多个meter同时存在的时候，那么meter的效果也没有有且只有一个meter的效果好。

参考资料

1.https://github.com/CPqD/ofsoftswitch13/wiki/OpenFlow-1.3-Tutorial
2.https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/onf-specifications/openflow/openflow-spec-v1.3.0.pdf

作者简介：
林潇，同济大学SNlab（先进网络与系统联合中心）
QQ：378633397，Email： linxiao9292@outlook.com
陈明明，同济大学SNlab（先进网络与系统联合中心）
QQ：544396901，Email：544396901@qq.com

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