Open vSwitch의 Vendor Extension 구현

Open vSwitch의
Vendor Extension 구현
2015.03.31
(주)파이오링크
SDN 개발실 백승훈 (sh.baek@piolink.com)

© PIOLINK, Inc. SDN No.1
목차
 Vendor Extension
 Implementation
-System Overview
-ovs-vswitchd (User Space Application)
-openvswitch.ko (Kernel Module)
-ovs-ofctl (Test Program)
 References

Vendor Extension
 Vendor Extension
- OpenFlow에서 Vendor가 원하는 기능을 확장할 수 있도록 제공하는 표준
- OpenFlow 1.1 부터 Vendor를 Experimenter로 재정의함 (*본 ppt는 Vendor로 표현)
- 메시지 헤더의 Type이 0x04이면 Vendor Message임
- Vendor Message에서 vendor_id 값으로 Vendor를 구분
- vendor_id의 최상위 바이트가 0이면 IEEE OUI(Organizationally Unique Identifier)임
(IEEE OUI는 ONF로부터 할당 받은 고유 ID임)
- OpenFlow 메시지 data의 Action에서 action type이 0xFFFF이면 Vendor Action임
Version
(8 bits)
Type
(8 bits)
Length
(16 bits)
xid (32 bits)
vendor_id (32 bits)
data[ ]…
Controller Switch
0x00 Hello
0x01 Error
....
0x04 Vendor
…
0x14 FlowMod
…
Vendor
고유 식별자
< Vendor 메시지 (OpenFlow 1.0 기준) >
Type
(16 bits)
Length
(16 bits)
Vendor(32 bits)
data[]…
< Vendor Action (OpenFlow 1.0 기준) >
0x0000 Output
0x0001 SetVLANVID
…
0xFFFF Vendor

Implementation(System Overview)
 Implementation System
- OVS에 Vendor Extension을 구현하기 위해서는 ovs-vswitchd, openvswitch.ko의 수정이 필요함.
- OVS에 Vendor Message를 전송하기 위한 컨트롤러 프로그램은 ovs-ofctl을 수정해 사용
ovs-ofctl
ovs-vswitchd
openvswitch.ko
Open vSwitch
OpenFlow를 이용해 ovs-vswitchd를 관리하는 OVS 툴
*본 ppt에서 Vendor Message를 생성하고 전송하기 위한
테스트 목적으로 사용됨
OVS 데몬으로 controller로부터 Vendor Message를 받고
kernel 모듈로 Vendor Action을 전달함
OVS의 kernel 모듈로 network 장비로부터 packet을 받아
매칭되는 Vendor Action을 수행함
만약 없으면 ovs-vswitchd에게 Vendor Action을 받아옴
Vendor Action
Vendor Message

Implementation(System Overview)
 구현 방법 설명은 예제프로그램을 만드는 과정으로 진행
-예제프로그램은 PIOLINK Vendor Message와 Action을 추가해 in_port 1에
매칭되는 packet에 대해 Vendor Action을 수행하도록 함.
-전체 과정을 4 단계로 구분해 성공 시 해당 Log를 출력해 동작을 검증
-Log 출력 API 및 확인 방법
•ovs-vswitchd
-API : VLOG_WARN(string, args…)
-확인 방법 : cat /usr/local/var/log/openvswitch/ovs-vswitchd.log
•openvswitch.ko
-API : pr_info(), printk() …
-확인 방법 : dmesg
단계 동작 Log
1 Vendor Message를 OVS가 수신 “Vendor Message Receive”
2 Vendor Action을 OVS datapath로 전송 “Vendor Action Send”
3 Vendor Action을 OVS datapath가 수신 “Vendor Action Receive”
4 매칭되는 packet에 Vendor Action을 수행 “Vendor Action Processing”

Implementation(수정할 소스 파일)
 ovs-vswitchd (User Space Application)
- Vendor Message
• ~/include/openflow/openflow-common.h
• ~/lib/ofp-msgs.c
• ~/lib/ofp-msgs.h
• ~/lib/ofp-msgs.inc
• ~/lib/ofp-util.c
- Vendor Action
• ~/lib/ofp-actions.c
• ~/lib/ofp-actions.h
• ~/lib/ofp-actions.inc1
• ~/lib/ofp-actions.inc2
• ~/ofproto/ofproto-dpif-xlate.c
 openvswitch.ko (Kernel Module)
- Vendor Action
• ~/datapath/flow_netlink.c
• ~/datapath/actions.c
• ~/datapath/linux/compat/include/linux/openvswitch.h
 ovs-ofctl (Test Program)
- Vendor Message & Vendor Action
• ~/utilities/ovs-ofctl.c

Implementation(ovs-vswitchd: Vendor Message)
 ovs-vswitchd(Vendor Message)
…
#define ONF_VENDOR_ID 0x4f4e4600
#define PIOLINK_VENDOR_ID 0xFF001021
…
파일명 : ~/include/openflow/openflow-common.h
YYY는 바로 밑에 “OFPTYPE_FLOW_MOD,”를 추가한 라인 번호
XXX는 ~/lib/ofp-msgs.h 파일에서 “OFPRAW_PIOLINK_FLOW_MOD,”를 추가한 라인 번호
static struct raw_info raw_infos[]{
...
{
ofpraw_piolink_flow_mod_instances,
1, 6,
#line XXX "./lib/ofp-msgs.h"
16, // OpenFlow 메시지 길이( header(8bytes) + body )
#line XXX "./lib/ofp-msgs.h"
0,
#line YYY "./lib/ofp-msgs.inc"
OFPTYPE_FLOW_MOD,
"PIOLINK_FLOW_MOD",
}
};
파일명 : ~/lib/ofp-msgs.inc
*편의를 위해 따로 헤더 파일을 만들어 관리
파일명 : ~/lib/piolink_msgs.h
#ifndef __PIOLINK_MSGS_H__
#define __PIOLINK_MSGS_H__
static struct raw_instance ofpraw_piolink_flow_mod_instances[] = {
{{0, NULL}, {1, 4, 0, 0xFF001021, 0}, OFPRAW_PIOLINK_FLOW_MOD, 0},
};
#endif
*두꺼운 글씨가 추가/수정한 부분임!
enum ofraw {
...
OFPRAW_PIOLINK_FLOW_MOD,
};
파일명 : ~/lib/ofp-msgs.h
Vendor ID, Subtype
Vendor ID : vendor의 고유 식별번호
Subtype : 같은 vendor에서의 식별번호
*컴파일할 때 삭제 되는 경우도 있으니 주의 !

...
#include "piolink-msgs.h"
#include "ofp-msgs.inc"
…
static enum ofperr ofphdrs_decode(…){
…
if(hdrs->type == OFPT_VENDOR){
…
if( (hdrs->vendor == NX_VENDOR_ID) || (hdrs->vendor == PIOLINK_VENDOR_ID) ){
…
}
}
else if( hdrs->version == OFP10_VERSION
&& (hdrs->type == OFPT10_STATS_REQUEST || hdrs->type == OFPT10_STATS_REPLY)){
…
if(hdrs->stat == OFPST_VENDOR){
…
…
}
…
}
…
} else if( hdrs->version != OFP10_VERSION
…
…
…
}
…
}
…
}
… (뒷장에 계속!!) …
파일명 : ~/lib/ofp-msgs.c
#include "ofp-msgs.inc" 위에 추가하기!
OVS에서 기본으로 구현돼있는 Nicira의 Vendor id

static void ofpraw_put__(…){
…
if(hdrs->type == OFPT_VENDOR){
…
ovs_assert( (hdrs->vendor == NX_VENDOR_ID) || (hdrs->vendor == PIOLINK_VENDOR_ID) );
…
}
else if( hdrs->version == OFP10_VERSION
…
…
…
}
…
}
…
} else if( hdrs->version != OFP10_VERSION
…
…
…
}
…
}
…
}
파일명 : ~/lib/ofp-msgs.c

enum ofperr ofputil_decode_flow_mod(…){
…
if(raw == OFPRAW_OFPT11_FLOW_MOD){
…
}
else{
…
if(raw == OFPRAW_OFPT10_FLOW_MOD){
…
}
else if(…) { … }
else if(raw == OFPRAW_PIOLINK_FLOW_MOD){
/* PIOLINK EXTEND FLOW MOD */
VLOG_WARN(“Vendor Message Receive! ");
/* fm 변수 설정 (match, cookie 등 ) */
memset(&fm->match.flow, 0, sizeof fm->match.flow);
ofputil_wildcard_from_ofpfw10(0x003FFFFE, &fm->match.wc);
fm->match.flow.in_port.ofp_port = 1;
fm->priority = 200;
fm->cookie = htonll(0);
fm->cookie_mask = htonll(0);
fm->new_cookie = 0x01;
fm->idle_timeout = 10000;
fm->hard_timeout = 30000;
fm->importance = 0;
fm->buffer_id = 0xFFFFFFFF;
fm->out_port = 0x00;
fm->out_group = OFPG11_ANY;
/* command 변수 설정 (flow add, flow delete 등) */
command = 0x0000; // flow add
/* raw_flags 변수 설정 */
raw_flags = 0x0000;
}
…
}
…
}
파일명 : ~/lib/ofp-util.c
OpenFlow의 FLOW_MOD에 관련된 파라미터를
OVS에 설정하는 부분.
(*예제는 임의로 in_port 1에 매칭하도록 하드코딩 함.)
1. Vendor Message를 OVS가 수신 성공
(동작 검증을 위한 Log는 빨간색으로 표시)

Implementation(ovs-vswitchd: Vendor Action)
 ovs-vswitchd(Vendor Action)
…
#define OFPACTS
/* Output. */
OFPACT(OUTPUT, ofpact_output, ofpact, "output")
…
OFPACT(PIOLINK, ofpact_piolink, ofpact, "piolink")
…
struct ofpact_piolink {
struct ofpact ofpact;
/* body 선언 */
uint16_t nop;
uint32_t body;
};
…
파일명 : ~/lib/ofp-actions.h
…
put_PIOLINK(struct ofpbuf *openflow);
…
static enum ofperr decode_PIOLINK(const struct piolink_action * , struct ofpbuf *);
…
파일명 : ~/lib/ofp-actions.inc1

...
BUILD_ASSERT_DECL(sizeof(struct piolink_action) %
OFP_ACTION_ALIGN == 0);
…
static struct ofpact_raw_instance all_raw_instances[] = {
…
{ { 0xFF001021, 1, 0x01 },
PIOLINK_RAW,
HMAP_NODE_NULL_INITIALIZER,
sizeof(struct piolink_action),
0,
0,
"PIOLINK",
NULL,
},
… (*중간의 OpenFlow Version은 내용이 반복돼 생략함)
{ { 0xFF001021, 1, 0x06 },
PIOLINK_RAW,
0,
0,
"PIOLINK",
NULL,
},
};
…
static inline struct piolink_action * put_PIOLINK (struct ofpbuf
*openflow){
return ofpact_put_raw(openflow, 1, PIOLINK_RAW, 0); //
version 1.0
}
…
static enum ofperr ofpact_decode(…){
switch(raw){
…
case PIOLINK_RAW :
return decode_PIOLINK_RAW(ALIGNED_CAST(const
struct ship_action *, a), out);
…
}
…
}
파일명 : ~/lib/ofp-actions.inc2
OpenFlow Version
위의 내용과 OpenFlow Version만 다름

…
enum ofp_raw_action_type{
…
PIOLINK_RAW,
};
…
struct piolink_action{
ovs_be16 type; /* OFPAT_VENDOR. */
ovs_be16 len; /* piolink_action 길이 = 16*/
ovs_be32 vendor; /* PIOLINK_VENDOR_ID */
ovs_be16 subtype; /* PIOLINK */
/* body */
ovs_be16 nop; /* 구조체 크기를 맞추기 위함 */
ovs_be32 body;
};
OFP_ASSERT(sizeof(struct piolink_action) == 16);
static enum ofperr
decode_PIOLINK_RAW(const struct piolink_action* pa, struct
ofpbuf* out){
struct ofpact_piolink *piolink;
piolink = ofpact_put_PIOLINK(out);
/* piolink body 값 디코딩 */
piolink->body = ntohl(pa->body);
return 0;
}
static void encode_PIOLINK( const struct ofpact_piolink* piolink
, enum ofp_version ofp_version OVS_UNUSED
, struct ofpbuf *out){
struct piolink_action* pa;
pa = put_PIOLINK(out);
/* piolink body 값 엔코딩 */
pa->body = htonl(piolink->body);
}
static char* OVS_WARN_UNUSED_RESULT
parse_PIOLINK(char* arg, struct ofpbuf* ofpacts
, enum ofputil_protocol* usable_protocols OVS_UNUSED){
struct ofpact_piolink* piolink = ofpact_put_PIOLINK(ofpacts);
char *key, *value;
while(ofputil_parse_key_value(&arg, &key, &value)){
char* error = NULL;
if(!strcmp(key, "body")){
error = str_to_u32(value, &piolink->body);
}
else{
error = xasprintf("invalid key "%s"", key);
}
if(error) return error;
}
return NULL;
}
static void
format_PIOLINK(const struct ofpact_piolink* piolink, struct ds* s)
{
ds_put_format(s, "piolink(body=%"PRIu32") ",piolink->body);
}
…
static bool ofpact_is_set_or_move_action(…)
{
switch(a->type){
…
case OFPACT_PIOLINK:
return false;
…
}
}
… (뒷장에 계속!!) …
파일명 : ~/lib/ofp-actions.c
구조체 크기는
16의 배수로 해야함!

static bool ofpact_is_allowed_in_actions_set(…){
switch(a->type){
…
return false;
…
}
}
…
enum ovs_instruction_type
ovs_instruction_type_from_ofpact_type(…){
switch(type){
…
default:
…
}
}
…
static enum ofperr ofpact_check(…){
…
switch(a->type){
…
/* action 유효 체크 */
VLOG_WARN("OFPACT_PIOLINK VALID");
return 0;
…
}
}
…
static bool ofpact_outputs_to_port(…){
switch(ofpact->type){
…
default:
return false;
}
}
…
static enum ofperr ofpact_decode_raw(…){
…
if(oah->type == htons(OFPAT_VENDOR)){
…
if( ( hdrs.vendor == …) || …
|| (hdrs.vendor == PIOLINK_VENDOR_ID) ){
…
}
…
}
…
}
…
static void* ofpact_put_raw(…){
…
switch(hdrs->vendor){
…
case NX_VENDOR_ID:
case PIOLINK_VENDOR_ID;
…
}
}
파일명 : ~/lib/ofp-actions.c

…
static bool ofpact_needs_recirculation_after_mpls(…){
…
switch(a->type){
…
return false;
…
}
…
}
static void do_xlate_actions(…){
…
OFPACT_FOR_EACH(a, ofpacts, ofpacts_len){
…
switch(a->type) {
…
/* 커널로 전달할 메시지 만들기 */
VLOG_WARN(“Vendor Action Send");
const struct ofpact_piolink* piolink = ofpact_get_PIOLINK(a);
ctx->xout->slow |= commit_odp_actions(&ctx->xin->flow, &ctx->base_flow, ctx->xout->odp_actions
, &ctx->xout->wc, ctx->xbridge->masked_set_action);
nl_msg_put_u32( ctx->xout->odp_actions
, OVS_ACTION_ATTR_PIOLINK /* kernel module에서 메시지를 구별하기 위한 식별자 */
, odp_to_u32(20 ) /* kernel module에 전달할 메시지 body */ );
break;
}
}
}
…
파일명 : ~/ofproto/ofproto-dpif-xlate.c
2. Vendor Action을 OVS datapath로 전송

Implementation(openvswitch.ko: Vendor Action)
 openvswitch.ko(Vendor Action)
…
enum ovs_piolink_attr{
OVS_PIOLINK_ATTR_UNSPEC,
OVS_PIOLINK_ATTR_NOMAL,
__OVS_PIOLINK_ATTR_MAX,
};
#define OVS_PIOLINK_ATTR_MAX (__OVS_PIOLINK_ATTR_MAX – 1)
…
enum ovs_action_attr {
OVS_ACTION_ATTR_UNSPEC,
…
OVS_ACTION_ATTR_PIOLINK,
…
__OVS_ACTION_ATTR_MAX
};
…
파일명 : ~/datapath/linux/compat/include/linux/openvswitch.h
Vendor Action 추가
Vendor Action의 subtype

…
static int __ovs_nla_copy_actions(…){
…
nla_for_each_nested(a, attr, rem) {
static const u32 action_lens[OVS_ACTION_ATTR_MAX + 1] = {
[OVS_ACTION_ATTR_OUTPUT] = sizeof(u32),
…
[OVS_ACTION_ATTR_PIOLINK] = (u32)-1
};
…
switch(type) {
…
case OVS_ACTION_ATTR_PIOLINK:
/* action 유효 체크 */
pr_info(“Vendor Action Receiven");
break;
…
}
…
}
…
}
…
파일명 : ~/datapath/flow_netlink.c
3. Vendor Action을 OVS datapath가 수신

…
static int do_execute_actions(…){
…
for(a = attr, rem = len; rem > 0; a = nla_next(a, &rem)){
…
switch(nla_type(a)) {
…
case OVS_ACTION_ATTR_PIOLINK:
/* packet에 대한 action !! THE END!!*/
pr_info(“Vendor Action Processingn");
err = 0;
break;
…
}
…
}
…
}
파일명 : ~/datapath/actions.c
4. 매칭되는 packet에 Vendor Action을 수행

Implementation(ovs-ofctl: Vendor Message & Vendor Action)
 ovs-ofctl(Vendor Message & Vendor Action) ~> *수정 후 테스트 프로그램으로 사용
…
static void piolink_vendor_test(int argc OVS_UNUSED, char* argv[]);
static const struct command all_commands[] = {
{"show", "switch", 1, 1, ofctl_show },
…
{"piolink", NULL, 1, 1, piolink_vendor_test },
{ NULL, NULL, 0, 0, NULL },
};
…
static struct piolink_action {
ovs_be16 type;
ovs_be16 len;
ovs_be32 vendor;
ovs_be16 subtype;
ovs_be16 nop;
ovs_be32 body;
};
static void piolink_vendor_test(int argc OVS_UNUSED, char* argv[]){
struct vconn* vconn;
struct ofpbuf* request;
enum ofputil_protocol protocol;
enum ofp_version version;;
struct ofpact_piolink* piolink;
struct piolink_action pa = { 0xFFFF, htons(16), htonl(0xFF001021), htons(1), htons(0), htonl(2) };
protocol = open_vconn(argv[1], &vconn);
protocol = set_protocol_for_flow_dump(vconn, protocol, OFPUTIL_P_OF10_STD);
version = ofputil_protocol_to_ofp_version(protocol);
request = ofpraw_alloc(OFPRAW_PIOLINK_FLOW_MOD, version, 0);
piolink = ofpact_put(request, OFPACT_PIOLINK, 16);
memcpy(piolink, &pa, sizeof(struct piolink_action));
transact_noreply(vconn, request);
vconn_close(vconn);
}
파일명 : ~/utilities/ovs-ofctl.c

Implementation(검증)
1) Mininet을 이용해 환경 구축
2) 수정한 ovs-ofctl을 이용해 Vendor Message 전송
• “sudo ovs-ofctl piolink s1”
3) Vendor Message 수신 확인 “Log 1”
4) “ovs-ofpctl dump-flows s1” 으로 OVS의 flow table에 Vendor Action 저장 확인
5) Mininet에서 h1(port 1)에서 h2(port 2)로 ping을 보냄
6) Vendor Action 전송 확인 “Log 2”
7) Vendor Action 수신 확인 “Log 3”
8) Vendor Action으로 packet을 처리하는 것 확인 “Log 4”

References
 http://www.openvswitch.org/
 https://github.com/openvswitch/ovs/
 http://en.wikipedia.org/wiki/Open_vSwitch
 http://www.slideshare.net/rajdeep/openvswitch-deep-dive
 http://mininet.org/
 http://flowgrammable.org/sdn/openflow/message-layer/
 https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-
resources/onf-specifications/openflow/openflow-spec-v1.3.0.pdf
 http://dpdk.org/
 http://www.apache.org/
 http://www.xenproject.org/
 https://www.openstack.org/
 http://www.linux-kvm.org/page/Main_Page
 https://www.opennetworking.org/sdn-resources/openflow

감사합니다.
㈜파이오링크
서울시 금천구 가산디지털2로 98
(가산동 550-1) IT캐슬 1동 401호
TEL: 02-2025-6900
FAX: 02-2025-6901
www.PIOLINK.com

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