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Red SDN HUAWEI Protocolos y Principios de la Interfaz Protocolo OpenFlow

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Mis estimados compañeros de la comunidad Enterprise.
Me alegra mucho iniciar este nuevo tema dentro de la solución SDN de HUAWEI: Protocolos y Principios de la Interfaz SDN

Recuerda que todo tiene un comienzo, y este no lo es, por ello visita el siguiente enlace: https://forum.huawei.com/enterprise/es/red-sdn-huawei-conceptos-y-valores/thread/613530-100235


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PROTOCOLOS Y PRINCIPOS DE LA INTERFAZ  DE SDN

Introducción al Protocolo OpenFlow de SDN

 

Arquitectura Básica de OpenFlow

Arquitectura Básica de OpenFlow

 

Observemos la imagen de a continuación y posteriormente iniciamos con el análisis:

                                             

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·        Destacamos dos roles:

§  OpenFlow Controller: controla el switch de OpenFlow, calculando el camino y manteniendo el estado y el flujo de las reglas relacionadas a los switches.

 

§  OpenFlow Switch: recibe los comandos o el flujo de información desde el controlador de OpenFlow para regresar la información del estado.

 

·        Una de las características importantes de la arquitectura SDN es la separación de los planos de control y el de datos. En conjunto con estas características, los dos roles del hardware han sido introducidos dentro de la arquitectura de OpenFlow.

 

·        El controlador de OpenFlow sirve como el control de la unidad para ejecutar el cálculo del camino y distribuir las entradas hacia los dispositivos de reenvío que son los responsables del reenvío de paquetes basados en los flujos de entrada recibidos. La controladora de HUAWEI es llamada SNC (Smart Network Controller).

 

·        OpenFlow Switch es el dispositivo que recibe el comando o la tabla de flujo desde el controlador para regresar la información del estado. Basado en el flujo de las entradas que se generadas y enviadas por el controlador, OpenFlow Switch sirve como un reenviador para ejecutar el reenvío físico de los paquetes de datos

 

 

 

 

Componentes del Switch OpenFlow

Un Switch OpenFlow se compone de:

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·        Tabla de Flujo: consiste en un conjunto de entradas de flujo las cuales contienen múltiple información tales como campos, contadores y un conjunto de instrucciones para ser aplicadas para encontrar coincidencia con los paquetes.

Pueden existir múltiples tablas de flujo dentro de un Switch OpenFlow, estas serán manejadas con  la instrucción de proceso de información lo cual permite que los paquetes sean enviados hacia las tablas subsecuentes para un procesamiento mayor.

El procesamiento de la información se detiene si las instrucciones asociadas con alguna entrada de control de flujo no especifican cual es la siguiente tabla de flujo.

 

·        Tabla de Grupo: contiene una lista de entradas de grupo y cada entrada de grupo está asociada con contenedores o con grupos de acción, los paquetes definidos en un grupo y que condicen con las entradas del grupo serán comparadas con uno o más contenedores de acción.

 

·        El Canal Seguro: es el componente usado para conectar el controlador externo y establece un canal de comunicación a través del Protocolo de OpenFlow

 

 

Puertos de OpenFlow

·        Los puertos de OpenFlow son usados para conectar un Switch de OpenFlow hacia otro Switch OpenFlow y también para conectarse hacia la red externa.

 

·        Los Switches de OpenFlow se conectan el uno al otro de manera lógica por medio de los puertos de OpenFlow. los paquetes de OpenFlow se reciben desde el puerto de ingreso y el paquete será comparado y procesado a través del proceso de procesamiento de información, y puede ser reenviado hacia un puerto de salida

·        Un Switch de OpenFlow debe ser capaz de soportar 3 tipos de puertos estándar de OpenFlow:

 

§  Puertos Físicos: uno a uno en la interfaz del hardware del switch. El hardware de un switch virtualizado, los puertos físicos se refieren a una partida virtual de la interfaz del hardware en el switch.

 

§  Puertos Lógicos: los puertos der alto nivel los cuales no se asocian de manera directa con las interfaces físicas y podrían llevarse a cabo a través de tecnologías tales como grupos de link aggregation, túneles o interfaces loopback.

 

§  Puertos Reservados: definidos por especificación por OpenFlow para especificar las acciones de reenvío, por instancia, enviados hacia el controlador, inundación o reenvío sin usar métodos de OpenFlow.

 

·        Los Puertos Reservaos Obligatorios se enlistan  a continuación:

§  Todos: representan cada puerto usado para reenviar paquetes y puede trabajar como puerto de salida.

 

§  Controlador: representa un canal de comunicación entre el switch y el controlador, puede trabajar como puerto en ingreso o de salida.

 

§  Tabla: representa el inicio del procesamiento de procesamiento de información, para enviar los paquetes recibidos hacia la primer tabla de flujo para el proceso de procesamiento de información, puede trabajar como un puerto de salida.

 

§  IN_PORT: representa el puerto de ingreso de los paquetes y trabaja como puerto de salida para reenviar los paquetes a la salida del puerto de ingreso donde se recibe el paquete.

 

§  Cualquiera: un puerto especial donde no se manejará ninguna acción, puede ser tanto puerto de entrada como de salida.

 

 

Principio de Trabajo de OpenFlow

Tipos de Mensajes en el Protocolo OpenFlow

·        El protocolo de OpenFlow soporta 3 tipos de mensajes

 

1.   Mensaje del controlador hacia el switch (controller-to-switch) :

Es iniciado por el controlador  y puede o no requerir mensaje de respuesta por parte del switch.

 

§  Principalmente para solicitar ciertas identidades o capacidades de funciones básicas del switch, las cuales pueden ser solicitadas durante el establecimiento del canal de OpenFlow.

 

Los ejemplos de este mensaje son:

Ø Modify-state : es usado para agregar, eliminar o modificar las entradas del flujo en las tablas de flujo

 

Ø Read-state: usado para recolectar información como los datos de configuración del switch

 

Ø Packet-out: usado para reenviar los paquetes recibidos

 

2.   Mensaje Asíncrono (asynchronous):

Iniciado por el switch de OpenFlow principalmente para dar conocimiento de que un paquete ha llegado o que el switch cambió de estado.

 

§  Los ejemplos de este mensaje son:

Ø packet-in: usado para transferir un paquete hacia el controlador

 

Ø flow-removed: usado para informar acerca de la eliminación de un flujo en la tabla de flujos.

 

Ø Port-status: usado para notificar cuando un puerto cambia de estado

 

3.   Mensaje Simétrico (symmetric):

Estos mensajes se pueden enviar desde el controlador hacia el switch o desde el switch hacia el controlador

 

§  Los ejemplos de estos mensajes son:

Ø Hello: usados durante el inicio de la conexión

 

Ø Echo reply/request: para verificar el estado de la conexión

 

Ø Error: para notificar problemas al par/vecino



Canal de Conexiones de OpenFlow

Vamos a colocar la siguiente imagen y posteriormente en une enumeración, describir la configuración de la conexión:

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·        En canal de OpenFlow se establece sobre una conexión de TCP.

 

1.   El controlador y el dispositivo de reenvío establecen la conexión TCP.

 

2.   Ambos intercambian paquetes hello para negociar los parámetros, tales como los números de versión.

 

3.   Después de que la negociación es exitosa, el controlador envía un paquete feature_request para solicitar los atributos al reenviador.

 

4.   Una vez recibida la información del paquete feature_request, el reenviador envía al controlador un paquete feature_reply que contiene los atributos tales como el formato de la tabla de flujo soportada así como el tamaño del buffer.

 

5.   Después de recibir el paquete feature_reply,  el controlador establece de manera exitosa un canal OpenFlow entre el dispositivo de reenvío.

 

6.   El controlador y el dispositivo de reenvío intercambian paquetes echo (hearbeat)  para monitorear el estado de operación. De manera periódica uno de los puntos envía el paquete echo_request hacia el otro extremo. Una vez recibido este paquete, el otro extremo responde con un  paquete echo_reply. Si uno de los puntos falla en recibir uno de estos paquetes después de que se envía cierto número de veces, se considera que el otro extremo presenta falla y la conexión termina.

 

  

De la imagen siguiente, vamos explicar el proceso que se sigue para reportar la información de un puerto:

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·        Un dispositivo de reenvío puede reportar la información de su puerto hacia el controlador mientras el canal de conexión de OpenFlow esté establecida

 

1.   El controlador envía un mensaje multipart_request para solicitar la al dispositivo de reenvío la información del puerto.

 

2.   Una vez recibido este mensaje, el dispositivo de reenvío envía un mensaje multipart_reply que contiene en lotes la información de su puerto. Si el estado del puerto cambia, el dispositivo de reenvío envía un mensaje port_status para notificar al controlador sobre este cambio.

 

Por  último, dentro de las conexiones en el canal de OpenFlow, tenemos la entrega de la tabla de flujo:

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Del texto en la imagen: “no hay coincidencias en las entradas de la tabla de flujo en el switch con los paquetes de datos recibidos”

 

·        Si se envía un paquete hacia un Switch OpenFlow y no existe una entrada en la tabla de flujo en el switch que coincida, el paquete enviara un mensaje packet_in hacia el controlador.

 

·        Un controlador envía un mensaje flow­_mod que contiene la información de la tabla de flujo hacia el reenviador. De primera instancia, el paquete contiene la información básica del flujo (como la ID de la tabla y la prioridad), se configura un atributo de coincidencia y se configura también una instrucción. El atributo de coincidencia contiene información (tal como las direcciones MAC e IP) usadas para encontrar coincidencias con los paquetes y compararlos con las entradas en las tablas de flujo. Los paquetes que coinciden son procesados  usando cuna configuración de instrucciones específicas. El conjunto de instrucciones contiene varias instrucciones, tales como la modificación de los atributos del paquete y el reenvío de paquetes a través de una interfaz específica de salida.

 

 

Modos de Distribución de la Tabla de OpenFlow

Se identifican dos modos de distribución:

·        Modo Activo:

§  De manera automática el controlador actualiza al switch con la información recolectada de las entradas del flujo así que el Switch OpenFlow puede reenviar un  paquete usando directamente su tabla de flujo.

 

§  Si no se encuentra una entrada de flujo que coincida, el paquete puede manejarse de dos formas: descartarlo o usar el mensaje packet_in para que se reenvíe de regreso al controlador.

 

·        Modo Pasivo:

§  El controlador distribuye de manera pasiva la información de la tabla de la tabla de flujo hacia el switch una vez recibido el mensaje packet_in  proveniente del switch que contiene el paquete.

 

§  En términos de capacidad de TCAM el modo pasivo esa mejor en términos de ahorro de capacidad de switch o de la red.

 


Aplicación de OpenFlow en SDN

Escenario de Aplicación

De la siguiente figura observamos de manera generalizada, como se aplicaría OpenFlow a SDN

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Del texto en la imagen: “OpenFlow es usado como el protocolo interfaz Southbound entre SNC y el equipamiento de reenvío dentro de una solución VXLAN”

 

·        OpenFlow se usa en una de las soluciones SDN de HUAWEI, VxLAN como el protocolo de comunicación entre el controlador SDN-CSN y el reenviador el cual es el switch de reenvío conectado hacia el servidor o el servidor mismo.



Terminamos aquí con este tema, de esta seccion serán pocos, 4 o cinco. No olvides que tus comentarios y tus sugerenias ayudan a mejorar las publicaciones, así que los leo. Recuerden dejar su reconocimiento de útil dando clic en ♥.


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