Open Flow Switch: Was ist das und wie funktioniert es?

OpenFlow-Switches haben das Rechenzentrum relativ stark verändert. Seine internen Funktionsmerkmale ermöglichen es, das Netzwerk unabhängig vom Gerät zu programmieren, wodurch das gesamte System agiler und flexibler wird und die Effizienz des Unternehmens erheblich verbessert. Sehen wir uns an, was die Leistung von OpenFlow Switch ausmacht.

Was ist ein OpenFlow-Switch?

Der OpenFlow Switch ist ein OpenFlow-fähiger Switch für Rechenzentren, der die Netzwerkkommunikation über einen zentralen Controller realisiert. Der Begriff OpenFlow bezieht sich auf ein offenes Kommunikationsprotokoll, das für die Schicht 2 des OSI-Modells entwickelt wurde und es der Steuerebene ermöglicht, die Verbindung mit der Weiterleitungsebene mehrerer Geräte von einem zentralen Punkt aus zu trennen und mit ihr zu interagieren.

Der OpenFlow Switch nutzt die SDN-Technologie (Software-defined Networking) zur Weiterleitung von Datenpaketen im Netzwerk, wodurch die Netzwerkressourcen optimiert und die Verteilung des Datenverkehrs nach Bedarf automatisiert werden kann. Im Folgenden werden die Spezifikationen des OpenFlow-Switches im Detail beschrieben.

OpenFlow Switch-Komponenten

Ein OpenFlow-Switch besteht aus einer oder mehreren Flow-Tabellen und einer Gruppentabelle und verwendet das OpenFlow-Protokoll zur Kommunikation mit dem SDN-Controller. Er führt hauptsächlich die Paketsuche und -weiterleitung durch und kann einen oder mehrere OpenFlow-Kanäle zu externen Controllern einrichten.

Flow-Tabellen

Bei einer typischen Netzübertragung werden die Pakete in Form eines Datenflusses zusammengefasst. Natürlich können auch Pakete desselben VLANs einen Fluss bilden, ebenso wie Pakete, die zu einem Paar von MAC-Adressen gehören. Innerhalb eines OpenFlow-Switches bemüht sich das OpenFlow-Protokoll, diese Flows zu identifizieren und die Flows zuzuordnen. Dies ermöglicht es dem Switch, sich auf einen bestimmten oder alle Ports zu beziehen und spezielle Maßnahmen zu ergreifen, wenn ein Paket einem Fluss entspricht.

Jeder OpenFlow-Switch enthält mindestens eine Fluss-Tabelle und einen Satz von Fluss-Einträgen in der Tabelle im Inneren. Wenn die Position des Switches in der Topologie vom Controller erkannt wird und eine Ende-zu-Ende-Verbindung hergestellt werden muss, werden die Fluss-Einträge erstellt. Diese Flusseinträge enthalten jedoch übereinstimmende Felder, Zähler, Anweisungen, die für übereinstimmende Pakete gelten, usw.

Die Pakete beginnen zuerst in Tabelle 0, und diese Einträge werden nach ihrer Priorität geprüft und abgeglichen. Wenn der Fluss zu einer anderen Tabelle weitergehen muss, wird das Paket zu der durch die Direktive angegebenen Tabelle umgeleitet.

OpenFlow-Switch-Ports

OpenFlow-Switches haben drei Arten von Ports: physische Ports, logische Ports und reservierte Ports.

Physischer Ports

Ein physischer Port bezieht sich auf den Port, der mit der Hardware verbunden ist. Beim OpenFlow-Switch entspricht er dem Ethernet-Port. Allerdings korrespondieren diese Ports nicht immer genau, da OpenFlow-Switches auch physische Ports virtualisieren können. An dieser Stelle ist der physische Port von OpenFlow ein virtuelles Slice des Hardware-Ports.

Logische Ports

Im Gegensatz zum physischen Port ist ein logischer Port ein abstrakter Port auf hoher Ebene, der in der Regel durch andere definiert wird, z. B. Link-Aggregationsgruppen, Loopback-Ports usw. Außerdem ist die Tunnel-ID ein zusätzliches Pipe-Feld, das für das Paket gesetzt wird. Wenn ein logischer Port ein Paket empfängt und mit dem Controller kommunizieren muss, sendet er einen Bericht an den Controller mit dem physischen unteren Port.

Reservierte Ports

Der reservierte OpenFlow-Port bezieht sich hauptsächlich auf allgemeine Weiterleitungsvorgänge. Es gibt mehrere erforderliche reservierte Ports auf OpenFlow-Switches: ALL, CONTROLLER, TABLE, IN_PORT, ANY, UNSET, LOCAL. Manchmal erscheinen NORMAL- und FLOOD-Ports auf dem Switch und ermöglichen OpenFlow-Pipelines die Interaktion mit den Hardware-Pipelines des Switches.

OpenFlow-Switch-Typen

OpenFlow-Switches werden in zwei Typen unterteilt: OpenFlow-only und OpenFlow-hybrid Switches.

OpenFlow-only Switch: Es handelt sich um einen einfachen Switch, der keine lokalen Entscheidungen treffen kann, da er nur über eine Daten- oder Weiterleitungsebene verfügt. Infolgedessen müssen alle Pakete in ihm von der OpenFlow-Pipeline verarbeitet werden. Andernfalls wird er nicht funktionieren.

OpenFlow-Hybrid Switch: Er unterstützt OpenFlow- und Ethernet-Operationen, d. h. Sie können die Vorteile der nativen Steuerebene nutzen, um herkömmliche L2-Ethernet-Switches, VLAN-Isolierung, L3-Routing, ACLs und QoS zur Verarbeitung von Paketen zu kombinieren. Außerdem können verschiedene Klassifizierungsmechanismen verwendet werden, um mit OpenFlow-Pipelines zu interagieren.

Wie funktionieren OpenFlow Switches mit Controllern?

Der Betrieb von OpenFlow-Switches muss drei grundlegende Elemente umfassen: eine Flow-Tabelle, einen Controller und das OpenFlow-Protokoll. Jeder OpenFlow-Switch stellt eine unabhängige Verbindung mit dem Controller für die Übertragung und Verarbeitung der Flow-Tabelle her und verfügt über eine eindeutige Betriebsdatenweg-ID. Der Controller ist über TCP/IP an die Verwaltungsebene des Switches angeschlossen. Wenn der Controller eine Verbindung mit dem Switch herstellt, sendet er eine Befehlsnachricht, die eine erfolgreiche Verbindung anzeigt, und sendet dann die angegebene spezifische OpenFlow-Protokollversion an den Switch.

OpenFlow Switches unterstützen verschiedene Flow-Operationen zur Weiterleitung von OpenFlow-Paketen. Bei der Weiterleitung des Datenverkehrs werden Unicast- oder Multicast-Pakete über den physischen Port an die OpenFlow-fähige Schnittstelle weitergeleitet, die vom Controller zur Verarbeitung angegeben wurde. An diesem Punkt kann der SDN-Controller den Pfad durch das Netzwerk für spezielle Optimierungen wie Geschwindigkeit, eine minimale Anzahl von Sprüngen oder eine reduzierte Latenz festlegen.

Basierend auf den programmierbaren Funktionen von Openflow für das Netzwerk, löst es die Unterschiede zwischen Netzwerkgeräten verschiedener Hersteller. Da das Kontrollrecht völlig offen ist, können Unternehmen durch Anpassung jedes gewünschte Netzwerk-Routing, Übertragungsregeln und Richtlinien erreichen. Die Steuerung des Netzwerkverkehrs hat eine flexiblere und individuellere Innovation erreicht, die Virtualisierung und Cloud besser unterstützt.

Aus Sicht der Automatisierung programmiert OpenFlow jedoch hauptsächlich die L2/L3-Weiterleitungsebene und nicht ein auf VXLAN-Tunneln basierendes virtuelles Netzwerk für die dynamische Konfiguration des Overlay. Noch wichtiger ist, dass zentralisierte OpenFlow-Switch-Controller nicht für größere Netzwerke skaliert werden können, z. B. für Verbindungen zwischen Rechenzentren.

Erkunden Sie die Anwendungen eines OpenFlow Switches

OpenFlow wird heute in großem Umfang in großen Rechenzentren oder Cloud-Rechenzentren eingesetzt. Moderne Rechenzentren und Cloud-Implementierungen erhöhen den Bedarf an Virtualisierung. OpenFlow-Switches können das Problem der Datenüberlastung, das durch eine unsachgemäße Zuweisung von Übertragungswegen in Rechenzentren entsteht, effektiv lösen und so die betriebliche Effizienz von Rechenzentren verbessern. Dies liegt daran, dass die Switches dynamisch Informationen über die Verkehrsübertragung auf den einzelnen Verbindungen abrufen und OpenFlow-Verkehrseinträge verwenden können, um einen Lastausgleich auf den einzelnen Verbindungen zu erreichen.

Daraus geht hervor, dass OpenFlow- und SDN-Technologien im Zuge der kontinuierlichen Weiterentwicklung des Internets neue technologische Innovationen und Entwicklungen in ein traditionelles Netz eingebracht haben und auch in Zukunft aktualisiert und verbessert werden, um zur Hochgeschwindigkeitskommunikation im Netz beizutragen.