Switch OpenFlow: Cosa è e come funziona

Lo switch OpenFlow ha portato cambiamenti relativamente grandi ai data center. La sue caratteristiche funzionali interne consentono alla rete di essere programmata indipendentemente dal dispositivo, rendendo l'intero sistema più agile e flessibile e migliorando grandemente l'efficienza dell'impresa. Esploriamo quali fattori determinino la forza dello switch open-flow.

Cosa è un switch OpenFlow?

Uno switch OpenFlow è uno switch data center con funzione OpenFlow che realizza la comunicazione di rete attraverso un controller centrale. Il termine "OpenFlow indica un protocollo di comunicazione aperto progettato per funzionare al layer 2 del modello OSI permettendo al control plane di disconnettersi e interagire con il forwarding plane di diversi dispositivi da un punto centrale.

Uno switch OpenFlow utilizza tecnologia software-defined networking (SDN) per inoltrare pacchetti di dati in rete, ottimizzando le risorse di rete e automatizzando la distribuzione del traffico on demand. Di seguito descriveremo le specifiche dello switch OpenFlow in dettaglio.

Componenti di uno switch OpenFlow

Uno switch OpenFlow è composto da una o più flow table e una group table e utilizza il protocollo OpenFlow per comunicare con il controller SDN. Esegue principalmente lookup e forwarding di pacchetti e può configurare uno o più canali OpenFlow per i controlli esterni.

Flow tables

In una tipica trasmissione di rete, i pacchetti sono combinati in una flow form. I pacchetti dello stesso VLAN possono ovviamente rappresentare anche un flusso, così come lo possono i pacchetti appartenenti a una coppia di indirizzi MAC. All'interno di uno switch OpenFlow, il protocollo OpenFlow si sforza di identificare questi flussi e assegnare i flussi. Questo permette dunque allo switch di applicare una specifica porta o tutte le porte, prendendo azione quando un pacchetto si abbina con un flusso.

Ogni switch OpenFlow comprende minimo una flow table e una serie di flow entry all'interno della table. Quando la posizione dello switch nella topologia è riconosciuta dal controller e una connessione end-to-end deve essere stabilita, le low entries verranno create. Queste flow entries, tuttavia, includono i field, counter e le istruzioni abbinate che si applicano ai relativi pacchetti, etc.

I pacchetti cominceranno a table 0 all'inizio e queste entry saranno controllate e assegnate in base alla priorità. Se il flow deve continuare su un'altra table, il pacchetto è reindirizzato alla table specificata dalla direttiva.

Porte di uno switch OpenFlow

Gli switch OpenFlow hanno tre tipi di porte: porte fisiche, porte logiche e porte reserved.

Porte fisiche

Una porta fisica è una porta che è connessa all'hardware. Su uno switch OpenFlow, corrisponde alla porta Ethernet. Queste porte delle volte non corrispondono però esattamente, perché gli switch OpenFlow possono virtualizzare anche le porte fisiche. A quel punto, la porta fisica di OpenFlow diventa una sezione virtuale della porta hardware.

Porte logiche

Diversamente da una porta fisica, una porta logica è una porta astratta di alto livello normalmente definita da altri elementi, come i gruppi di aggregazione link, le porte loopback, etc. Tunnel ID è inoltre un pipe field aggiuntivo che configura il pacchetto. Se una porta logica riceve un pacchetto e deve comunicare con il controller, invia un report al controller con la porta inferiore fisica.

Porte reserved

Una porta reserved OpenFlow fa principalmente riferimento a operazioni generiche di forwarding. Vi sono numerose porte reserved sugli switch OpenFlow: ALL, CONTROLLER, TABLE, IN_PORT, ANY, UNSET, LOCAL. A volte porte NORMAL e FLOOD appaiono sullo switch e permettono alle pipeline OpenFlow di interagire con le pipeline hardware dello switch.

Tipologia switch OpenFlow

Gli switch OpenFlow sono divisi in due tipologie: OpenFlow-only e OpenFlow-hybrid.

OpenFlow-only: Uno switch dumb che può fare solo decisioni locali poiché ha una sola table dati o forwarding. Di conseguenza, tutti i pacchetti al suo interno devono essere processati dalla pipeline OpenFlow, altrimenti non funziona.

OpenFlow-hybrid: supporta operazioni OpenFlow e Ethernet, il che significa che si può godere del vantaggio del native control plane per combinare switch Ethernet L2 tradizionali, VLAN isolation, L3 routing, ACL e QoS per elaborare pacchetti. In aggiunta, diversi meccanismi di classificazioni possono essere usati per interagire con le pipeline OpenFlow.

Come funziona uno switch OpenFlow con il controller?

Le operazioni di uno switch OpenFlow sono caratterizzate da tre elementi base: una flow table, il controller e il protocollo OpenFlow. Ogni switch OpenFlow stabilisce una connessione indipendente con il controller per la trasmissione ed elaborazione della flow table, avendo un ID datapath operativo specifico. Il controller è connesso tramite TCP/IP al management plane dello switch. Quando il controller stabilisce una connessione con lo switch invia un messaggio di comando indicando l'avvenuta connessione e successivamente invia la specifica versione di protocollo OpenFlow allo switch.

Gli switch OpenFlow supportano varie operazioni flow per il forwarding dei pacchetti OpenFlow. Durante i processi di forwardining del traffico, inoltra pacchetti unicast o multicast attraverso la porta fisica a un'interfaccia compatibile con OpenFlow specificata dal controller per l'elaborazione. A questo punto, il controller SDN può configurare il percorso attraverso la rete per ottimizzazioni speciali come velocità, un numero minimo di hop o latenza ridotta.

Sulla base delle feature programmabili di OpenFlow per la rete, risolvere le differenze tra l'attrezzatura di rete da diversi fabbricatori. Poiché il control right è completamente aperto, le imprese possono ottenere qualsiasi routing di rete, regole di trasmissione e policy desiderino tramite personalizzazione. Il controllo di traffico di rete ha raggiunto innovazione più flessibile e personalizzata, supportando in modo migliore la virtualizzazione e il cloud.

Da un punto di vista di automazione, OpenFlow programma principalmente il plane di forwarding L2/L3, non una rete virtuale tunnel-based VXLAN progettata per la configurazione dinamica dell'overlay. Cosa più importante, i controller switch OpenFlow centralizzati non possono scalare verso reti più grandi come interconnessioni tra data center.

Esplora le applicazioni di uno switch OpenFlow

OpenFlow ha raggiunto oggi utilizzo su larga scala in grandi data center o data center cloud. I moderni data center e dispositivi cloud stanno aumentando la necessità di virtualizzazione. Gli switch OpenFlow possono risolvere il problema della congestione dati derivante dall'assegnazione errata del percorso di trasmissione nei data center in maniera efficace, migliorando in tal modo l'efficienza operazionale dei data canter. Ciò avviene perché possono ottenere in maniera dinamica le informazioni di trasmissione di traffico link e utilizzare le entry di traffico OpenFlow per raggiungere il bilanciamento di carico su ogni link.

Da questo si può vedere che nel processo di sviluppo continuo dell'Internet, OpenFlow e le tecnologie SDN hanno portato nuova innovazione tecnologica e sviluppi a una rete tradizionale e continueranno ad essere aggiornati e migliorati in futuro per contribuire ad una comunicazione ad alta velocità della rete.