OVS 总体架构、源码结构及数据流程全面解析

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数据面就是以用户态的 ovs-vswitchd 和内核态的 datapath 为主的转发模块，以及与之相关联的数据库模块 ovsdb-server，控制面主要是由 ovs-ofctl 模块负责，基于 OpenFlow 协议与数据面进行交互。而管理面则是由 OVS 提供的各种工具来负责，这些工具的提供也是为了方便用户对底层各个模块的控制管理，提高用户体验。下面就对这些工具进行一个逐一的阐述。
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ovs-ofctl：这个是控制面的模块，但本质上它也是一个管理工具，主要是基于 OpenFlow 协议对 OpenFlow 交换机进行监控和管理，通过它可以显示一个 OpenFlow 交换机的当前状态，包括功能、配置和表中的项。使用时，有很多参数，我们可以通过 ovs-ofctl --help 查看。

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1 f# g: ~0 f: \0 Y常用命令：
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6 ]8 \5 X- n' n- Z# ]6 ~ovs-ofctl show switch-name ：输出交换机信息，包括其流量表和端口信息。
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+ Q7 [0 \# w$ Z8 R! jovs-ofctl dump-ports switch-name：输出交换机的端口统计信息，包括收发包、丢包、错误包等数量。
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  U( u; L% [% v$ S' f# aovs-ofctl add-flow switch-name：为交换机配置流策略。
& b; ^* I/ v  K+ f$ Govs-dpctl：用来配置交换机的内核模块 datapath，它可以创建，修改和删除 datapath，一般，单个机器上的 datapath 有 256 条（0-255）。一条 datapath 对应一个虚拟网络设备。该工具还可以统计每条 datapath 上的设备通过的流量，打印流的信息等，更过参数通过 ovs-dpctl --help 查看。
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1 h6 T8 P2 n, Z. \. M- |4 ~常用命令：

ovs-dpctl show ：显示所有 datapath 的基本信息。
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ovs-dpctl dump-dps ：显示所有 datapath 的名字。

ovs-dpctl dump-flows DP ：显示一条 datapath DP 上的流信息。
ovs-appctl：查询和控制运行中的 OVS 守护进程，包括 ovs-switchd，datapath，OpenFlow 控制器等，兼具 ovs-ofctl、ovs-dpctl 的功能，是一个非常强大的命令。ovs-vswitchd 等进程启动之后就以一个守护进程的形式运行，为了能够很好的让用户控制这些进程，就有了这个命令。详细可以 ovs-appctl --help 查看。
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ovs-vsctl：查询和更新 ovs-vswitchd 的配置，这也是一个很强大的命令，网桥、端口、协议等相关的命令都由它来完成。此外，还负责和 ovsdb-server 相关的数据库操作。
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常用命令：
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ovs-vsctl show ：显示主机上已有的网桥及端口信息。
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ovs-vsctl add-br br0：添加网桥 br0。
ovsdb-client：访问 ovsdb-server 的客户端程序，通过 ovsdb-server 执行一些数据库操作。
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& b. p9 p% Q8 ?' }. R常用命令：
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. l* _/ R' Z9 ]. m: `( bovsdb-client dump：用来查看ovsdb内容。
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ovsdb-client transact ：用来执行一条类 sql。
4 h: C  D$ A& H2 I" x: Sovsdb-tool：和 ovsdb-client 要借助 ovsdb-server 才能进行相关数据库操作不同，ovsdb-tool 可以直接操作数据库。
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OVS 源码结构#
, O  f! [0 E" r7 u3 pOVS 源码结构中，主要包含以下几个主要的模块，数据交换逻辑在 vswitchd 和 datapath 中实现，vswitchd 是最核心的模块，OpenFlow 的相关逻辑都在 vswitchd 中实现，datapath 则不是必须的模块。ovsdb 用于存储 vswitch 本身的配置信息，如端口、拓扑、规则等。控制面部分采用的是 OVS 自家实现的 OVN，和其他控制器相比，OVN 对 OVS 和 OpenStack 有更好的兼容性和性能。

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' l8 J4 B* d0 s$ L# u从图中可以看出 OVS 的分层结构，最上层 vswitchd 主要与 ovsdb 通信，做配置下发和更新等，中间层是 ofproto ，用于和 OpenFlow 控制器通信，并基于下层的 ofproto provider 提供的接口，完成具体的设备操作和流表操作等工作。

( F2 u) f  {' g: {4 E& [' `& y# m$ ndpif 层实现对流表的操作。

3 t! N8 |8 x2 C# Lnetdev 层实现了对网络设备（如 Ethernet）的抽象，基于 netdev provider 接口实现多种不同平台的设备，如 Linux 内核的 system, tap, internal 等，dpdk 系的 vhost, vhost-user 等，以及隧道相关的 gre, vxlan 等。
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% D  x1 z) I/ u1 }" ~. B$ i3 ^数据转发流程#
通过一个例子来看看 OVS 中数据包是如何进行转发的。

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1）ovs 的 datapath 接收到从 ovs 连接的某个网络端口发来的数据包，从数据包中提取源/目的 IP、源/目的 MAC、端口等信息。

$ z$ P! J9 g  O& Q/ O2）ovs 在内核态查看流表结构（通过 hash），如果命中，则快速转发。
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8 n- e; b/ I$ T% s8 u' N' W3）如果没有命中，内核态不知道如何处置这个数据包，所以，通过 netlink upcall 机制从内核态通知用户态，发送给 ovs-vswitchd 组件处理。

$ Z' |4 M" r- o. D6 q$ x2 i4）ovs-vswitchd 查询用户态精确流表和模糊流表，如果还不命中，在 SDN 控制器接入的情况下，经过 OpenFlow 协议，通告给控制器，由控制器处理。
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5）如果模糊命中， ovs-vswitchd 会同时刷新用户态精确流表和内核态精确流表，如果精确命中，则只更新内核态流表。
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6）刷新后，重新把该数据包注入给内核态 datapath 模块处理。
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7）datapath 重新发起选路，查询内核流表，匹配；报文转发，结束。