SDNLAB技术分享(一):ODL的SFC入门和Demo

在网络通信过程中,包含各式各样的网络服务功能。既可以包含传统的像防火墙,NAT等功能,也有包含特定的网络应用功能(Service Function)。将特定的网络应用功能有序地组合起来,接着让流量通过这些服务功能就构成了网络服务链(Network Service Chain)。一般在数据中心环境下,往往会有网络服务链(Network Service Chaining)的部署需求,使得报文在数据中心传递的时候,能够经过各种各样的服务节点,保证安全、快速、稳定的网络服务。

1.SDN服务链基本概述

由于Overlay网络的发展,使得虚拟网络和物理网络分离,让数据中心的网络控制变得更加灵活,更具有扩展性。然而,在数据中心中,还存在很多介于虚拟网络和物理网络之间的中间件,如防火墙,QoS,负载均衡器等。这些中间件提供了必要的业务处理功能,即Service Function。灵活、便捷、高效、安全地调配流量到Service Function上处理,形成服务链(Service Function Chaining),这就是SFC项目要解决的问题。服务链可以理解为一种业务形式。

过去也有服务链的概念,但传统的网络服务链往往和网络拓扑紧密耦合、部署复杂,在服务链变更、扩容时,都需要改动网络拓扑,重新进行网络设备的配置。而云计算环境广泛使用虚拟化技术,具有动态性、高流动性、规模易变化、多租户等特点,传统网络的服务链无法满足这些需求,SDN的出现让服务链又焕发了生机。因此,当前再谈及服务链时,默认指的是SDN服务链。

与传统DC中配置的网络服务链相比,基于SDN的SFC具有如下的优势:

  • 传统的网络服务链往往基于手工配置,很大程度上依赖于具体的网络拓扑,以至于网络设备之间的耦合性很大。而基于SDN的配置,可以动态的添加或者删除链表上的服务节点,不仅方便使用,而且解耦了网络设备之间的关联。
  • 在数据流量经过链表的过程中,SFC还支持分类器与服务,服务与服务之间的上下文信息共享。
  • 在传统的数据服务链中,数据包往往要经过过次分类,即多次解包、封包的过程。而在SFC中,这个过程大大缩减,一般只需在分类一次即可,使得整个过程更便捷、更高效。
SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图1

2.基于OpenDaylight的服务链项目

2.1 Service Function Chaining 的架构及组件

OpenDaylight的SFC项目是整个控制器平台内部的一个功能模块。用户可以通过控制器提供的北向API来使用的SFC的功能,例如创建、更新或者删除Service Chain,还可以通过配置非透明的metadata数据段用来在Service Function的节点间实现数据共享。

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图2

同时,项目可以向Controller的DataStore中注册、配置服务节点,并获取拓扑。南向也支持Netconf,Openflow12等协议。

SFC核心组件如下:

  • Classification:根据初始化的(配置好的)policy匹配数据流进行封装,然后转入到Service Function Chain中。
SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图3
  • Service Function(SF): 负责对收到的数据包进行特定功能的处理。作为一个逻辑上的组件,SF在具体实现的上可以是一个虚拟的元素,或者是嵌入在具体网络设备上的某种功能。常见的SF有:防火墙(firewall),WAN设备加速器,深层报文检测(Deep Packet Inspection,DPI),NAT等等。
  • Service Function Forwarder(SFF):主要负责Service Function Chaining上的流量转发控制。
  • Service Function Chain(SFC): SFC定义了一个抽象的Service Function有序集合。经过分类后的包要依次去遍历集合中的Service Function。比如:用户可以配置firewall->qos->dpi三种服务来构建一条SFC。
  • Rendered Service Path(RSP) : 数据包实际行走的路径。
  • Service Function Path(Service Function Path): SFP是一个逻辑概念,

它是介于SFC和RSP之间的一层抽象,有时候会将SFP与SFC等同。

2.2 ODL的SFC项目工作流原理

那么,SFC项目是怎么综合起上述的组件进行工作的呢?

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图4

一种基于NSH封装头的机制是,使用ODL配置并下发一条Service Function Chain,每条Chain都有自己的标识。当host1发送数据包给host2,数据包首先会到分类器中进行筛选。分类出需要经过Service Function Chaining的数据包会进行封装,并打上NSH头。头中包含了很多信息,包括走哪一条服务链,服务链有几跳等。接着数据包会依次经过SFF,由SFF将数据包传递给SF或者下一跳的SFF,直到链的最后。

3.实验

本篇文章旨在通过基本概念的介绍和一个SFC的实验,帮助大家了解SFC是什么,在OpenDaylight中如何去配置基本的SFC。通过对SFC有个大致的了解,有兴趣的同学可以继续深入地去研究NSH,SFC架构及应用等知识。

3.1 实验准备

  • 系统需要是Ubuntu 14.04(Mac也可以)
  • Java 7
  • Mave 3.4
  • git OpenDaylight SFC项目到本地
  • Python3.4

Python导入包包括:requests,flask,netifaces,paramiko等

在Ubuntu14.04下搭建ODL环境参考:https://wiki.opendaylight.org/view/Install_On_Ubuntu_14.04
在Ubuntu下安装Python3.4及所需包如下:

如果没有Python3.4:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图5

安装一个Python3.4-pip安装器

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图6

安装flask包,其他包安装类似,根据版本不同,安装方法或者指令不一定与这里相同:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图7

3.2 术语简表:

  • SF : Service Function
  • SFF : Service Function Forwarder
  • SFP : Service Function Path
  • RSP : Rendered Service Path
  • ODL : OpenDaylight
  • SFC Agent: Service Function Chaining Agent.

3.3 基本配置和安装:

ifconfig查看本地机器的ip,我这边是:192.168.2.134

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图8

安装ODL的sfc项目:git clone http://git.opendaylight.org/gerrit/sfc

楼主使用的SFC是5月份的版本:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图9

可以git reset –-hard cd12dda6回到那个版本。

如果读者在实验的时候,用的是最新版本的SFC,在sfc/sfc-py/sfc/nsh/service.py脚本有很多bug,要做适当修改。这里为方便,就使用之前版本演示。

用maven构建一下项目:

启动ODL:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图10

过一会儿,就可以用浏览器进入SFC的ui界面了:http://localhost:8181/sfc/index.html 用户名和密码都是:admin

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图11

刚开始进来都是空的,点击System Info会有404也不要紧张,因为什么都没有配置。另外,在ODL中创建SFC有两种方式:第一,用北向的RESTAPI;第二,用UI来创建。本次实验用将基于UI,这样看起来比较直观,方便理解。后续有兴趣用REST来配置的参见SFC 101文档。

3.4 开始实验

3.4.1 启动SFC Agent

SFC Agent是用Python脚本写的一个仿真工具,位于SFC项目的sfc-py目录下。在实验的过程中,ODL在南向通过REST与Agent进行通信,即ODL通过REST将配置的信息下发给Agent,Agent根据这些信息,在数据平面仿真出相应的元素组件。使用Agent的好处就是在实验中,简化南向接口,易于实现实验。

进入到sfc/sfc-py目录下,打开start_agent.sh文件,修改默认的ip地址为本地主机ip:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图12

也可以将127.0.0.1改成192.168.2.134。

启动Agent:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图13

根据上图可以直到Agent运行的端口是5000。

3.4.2 创建Service Function

点击导航栏的Service Function标签,再点击”Add Service Function”,填写表格如下:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图14

点击Submit,在Agent端,有如下信息输出:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图15

表明Agent已经成功为我们创建好了SF1(firewall)。

这里有几个地方要注意:
1.NSH头的使用。我们这里是基于Agent的仿真实验,没有对分类器做配置。选True 和False都没有关系,但是实际情况下会根据NSH头的信息来选择具体的路径。具体可以研究:http://datatracker.ietf.org/doc/draft-ietf-sfc-nsh/

2.数据平面的通信方式一定要选,这里选vxlan-gpe。要不然Agent收不到请求。

3.SFF1暂时还没有创建,可以先填入SFF1,后面创建SFF的名字要与这里一致。

3.4.3 创建SFF

在导航菜单中点击Service Function Forwarder,点击”Add Service Function Forwarder”,填写表单信息如下:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图16

右下角的SFF dictionary“Remove”掉,后面的版本也没有这个directory了。如下图:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图17

submit以后,在Agent端,SFF创建成功信息打印如下:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图18

3.4.4 目前拓扑和工作流

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图19

3.4.5 创建Service Function Chain

在导航栏点击Service Function Chain标签:

  • 点击创建Service Function Chain
  • 填入名字“Chain-1”,提交
  • 将”firewall”的SF拖拽到右边的Chain-1中
  • 保存一下,点击deploy,生成一条Service Function Path,命名为“Chain-1-Path-1”,这样就创建好了Service Function Paht。
SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图20

3.4.6 创建Rendered Function Path

导航栏中点击”Service Function Paths” ,将会看到我们刚创建的SFP。

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图21

根据SFP,点击上图按钮,可以生成一条RSP。如果勾上了”Symmetric path”就会另外生成一条对称反向的RSP。

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图22

成功以后,记住RSP的两个重要属性“Path-ID”为63,“starting-index”为255。

这个时候我们可以看到Agent里面打印的消息:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图23

通过从SFC 的创建到SFP,再到RSP的创建,是一个由抽象到具体的过程。从应用的角度来理解,SFC是对Service Function的一层抽象,这里的SFP是具体化每个Service Function到其对应的配置的SF(SF1),而RSP的生成代表包具体穿过的路径将是怎样的。

3.4.7 发送数据包

我们将发送数据包来遍历这条简单的SFC,“Path-ID”为63,“starting-index”为255。打开sfc/sfc-py/sfc/目录,运行如下命令:

Agent获取结果如下:

SDNLAB技术分享(一):ODL的Service Function Chaining入门和Demo 图24

从上图可以看到客户端(Client192.168.2.134:4790)发送包到SFF,SFF然后再将包发送给SF进行处理。SF处理完再转回给SFF,SFF再寻找下一跳,如果没找到,判断为链表末尾。

3.4.8 实验总结

以上我们简单的演示了一个SFC的使用实验,只包含了一个SFF和SF。通过在ODL中使用北向UI接口配置SF的信息,配置SFF的信息并关联相应的SF下发给Agent。在这个过程里,我们还可以删除,修改这些节点信息,充分体现了基于SDN的服务链的灵活性、拓扑独立性。

用户需要配置服务链的时候,只需要通过控制器的北向接口自由组合节点成有序序列。然后使用的时候,生成一条数据包路径,并下发即可。同时,用户也可以配置多条服务链。

注意,在不修改原始python脚本的情况下,在南向使用Agent可以创建多SF挂到一个SFF上,但只能创建一个SFF。

4.参考文档及后续阅读

网络服务链ppt:
http://wenku.baidu.com/link?url=kiiof5kXtwNnNM9xGDF6VboASaKnKw48Cz6fxW92JMgyTqsbR5c1CsWLzQp4idt6d-zDjiihHt6MsBeURiJt0kSD8DHyTcrnl6eSIan5Xay
本实验基于SFC 101文档,具体英文原版参见:
https://drive.google.com/file/d/0BzS_qWNqsnQbUnEzU3BqVzdueTQ/view?usp=sharing
SFC架构:
http://datatracker.ietf.org/doc/draft-ietf-sfc-architecture/
SFC ppt:
https://wiki.opendaylight.org/view/Service_Function_Chaining:Presentations
http://network.51cto.com/art/201312/425928.htm
相关资料:http://packetpushers.net/service-chaining/

Q&A

Q:服务链与业务编排的区别是什么?
A:这里的SFC也是一种业务形式,我认为这里服务链应该是业务编排的子集。

Q:补充一下问题,如果SF不支持NSH,那么SF设备的回包,SFF设备如何判断它属于哪条链呢?问这个问题主要是因为我们公司正在做这块的解决方案,我还没有搞清楚怎么和传统的设备进行配合。其实整个SDN领域里面都存在和传统设备配合这种头疼的问题。
A:这个要看具体classify的policy了。基于nsh的数据平面识别rsp是看classifier打的path-id,识别与sf无关。但是对于基于nsh的sfc,sf只需要在处理完以后,将nsh的index字段减1,将数据包回传给sff就可以了。如果你要是新设备和老设备一起,是不是可以考虑l2,用mac来实现?详细见参考资料service function chain.pdf/p18。

Q:各个SF节点间数据共享?如何实现的,谢谢
A:基于nsh的数据之间共享是通过metadata字段来共享的。

Q:个人比较习惯看数据包,能不能展示一下NSH的数据包呢,现在看NSH的文档只能看协议字段,感谢。
A:nsh数据包,看rfc。实现可以看sfc/sfc-py下源码。

Q:同上,还有ODL控制器控制器流量经过SF是用OpenFlow流表吗,流表是怎么匹配NSH头?谢谢~
A:openflow13也是sfc的l2另一种实现方式,这个可以不需要配置nah。详细见参考资料service function chain.pdf/p18。这种我没有实现过,不好意思。

Q:控制器怎么知道各个sf的具体挂在哪个交换机的哪个端口上,是由谁告诉他的?包括物理的sf(此时挂在物理交换机上)和虚机方式的sf(此时挂在虚拟交换机上,并且可能是sf虚机是动态创建出来的)分别怎么知道的?
A:在odl配置的时候会指定sf的data plane。

Q:sf 设备可以是物理设备吧?
A:sf是一个逻辑上的概念。

Q:如果SF是NAT设备怎么办?传统的NAT设备可以正常识别到NSH的头么?还有,nat之后的包地址端口都有可能发生变化,ODL是怎样重新识别的?
A:odl只负责控制平面,跟具体功能无关。nsh头是附加在报文上的,在最后要remove掉的。

Q:问个小白问题,上面提到的支持南向各种协议,特意提出了openflow12,现在of13支持吗?
A:源代码里面写的是op12,不过坑也很多。

Q:我记得SFF最后一条是发回给classifier 应该不会自己去nsh吧?
A:这个我看到过在最后一个sff去掉nsh的。

Q:我记得是传给classifier或者proxy解,以前看odl的sff发的过包。你有时间看下也帮我确认下。可能我看错了。
A:之前在做的时候,一般也设计sff只负责转发。但是rfc中也提到过可以由最后一个sff来去除封装。

Q:最后一个问题多SFF你做过test么?这个总是SP SI conflict,一直没做成过。
A:多SFF,可以起多个agent,每个agent负责一个sff。不过代码可能要调试一下。

分享者介绍:

以上内容根据2015年9月21日晚OpenDaylight QQ群的分享内容整理。分享人赵伟,同济大学研究生三年级,专业软件工程,研究方向计算机仿真技术。现在江苏省未来网络创新研究院从事基于bgp的流量调度研究工作。SDNLAB每周都会组织定向的技术分享,欢迎感兴趣的朋友加群:194240432参与,您有想听的话题或者想要分享可以给我们留言。


  • 本站原创文章仅代表作者观点,不代表SDNLAB立场。所有原创内容版权均属SDNLAB,欢迎大家转发分享。但未经授权,严禁任何媒体(平面媒体、网络媒体、自媒体等)以及微信公众号复制、转载、摘编或以其他方式进行使用,转载须注明来自 SDNLAB并附上本文链接。 本站中所有编译类文章仅用于学习和交流目的,编译工作遵照 CC 协议,如果有侵犯到您权益的地方,请及时联系我们。
  • 本文链接https://www.sdnlab.com/13826.html
分享到:
相关文章
条评论

登录后才可以评论

SDNLAB君 发表于15-09-22
5