1.【重识云原生】第四章云网络4.8.3.2节——Open vSwitch工作原理详解
2.OpenVSwitch实现浅谈（一）
3.OVS 总体架构、码分源码结构及数据流程全面解析
4.OVS的码分隐藏设计原则
5.OVS架构组成
6.virtio+ovs转发原理和性能分析

【重识云原生】第四章云网络4.8.3.2节——Open vSwitch工作原理详解

       云原生再解密第四章云网络4.8.3.2节——Open vSwitch工作原理详解

       OVS的核心在于其架构与组件间的协同工作。首先，码分用户空间的码分ovsdb-server存储配置信息，ovs-vswitchd守护进程作为核心组件，码分负责与OpenFlow控制器的码分菜鸟源码OpenFlow协议通信，以及与ovsdb-server的码分OVSDB协议通信，它通过netlink与内核的码分datapath模块交互。启动时，码分ovs-vswitchd会根据ovsdb的码分配置动态调整其内核配置，保持与数据库同步。码分

       ovs-vswitchd的码分核心功能是处理数据包，它从OpenFlow控制器获取流表规则，码分并在内核模块的码分datapath中执行。ovs-vswitchd不仅配置了datapath flows作为OpenFlow规则的码分缓存，还在用户空间与内核之间充当桥梁，使得后续相同类型的数据包能在内核中直接执行操作，提高效率。Datapath作为独立组件，专注于数据交换，通过actions处理收到的数据包，而OpenFlow协议则提供控制器与ovs-vswitchd之间的通信手段。

       OpenFlow控制器通过发送流表规则来控制数据包的流向，OVS支持OpenFlow，允许用户通过控制器或ovs-ofctl工具管理流表。OVS中，OpenFlow flow是核心，但还有其他类型的flows，如隐藏的flows。控制器和ovs-vswitchd之间的交互确保了数据转发策略的灵活管理和执行。

       使用ovs-*工具时，ovs-vsctl提供高级管理功能，ovsdb-tool和ovsdb-client用于数据库操作，ovs-ofctl专用于OpenFlow配置。这些工具各有侧重，库函数源码共同维护OVS的高效运行。

       深入理解Open vSwitch的工作原理，有助于我们更有效地利用其功能，实现云网络的灵活配置和高效转发。

OpenVSwitch实现浅谈（一）

       虚拟化技术在过去的年里彻底改变了应用、数据和服务的部署方式，根据Gartner在年的报告，%的x工作负载已实现虚拟化，其中大多数是虚拟机，而容器的使用比例正以惊人的速度增长。

       服务器虚拟化对数据中心网络产生了根本性影响，新的接入层在物理服务器内部出现，它由运行在x服务器中的虚拟交换机（vSwitch）组成，这些交换机连接着服务器内的多个工作负载（包括容器和虚拟机）。

       早期的虚拟交换机如Linuxbridge，最初目的是提供基本的网络连接，它模拟了堆叠交换机的行为，并接入到现有的物理网络中。这种实现的优点在于可以利用现有物理网络的理论和协议，无需重复设计。然而，作为物理网络的延伸，这导致虚拟工作负载的网络与物理网络紧密耦合，削弱了虚拟化带来的灵活性和快速部署优势。

       网络虚拟化（network virtualization）的出现，为虚拟工作负载网络提供了另一种可能。虚拟工作负载网络由vSwitch单独管理，并在现有物理网络（underlay）之上定义独立的overlay网络（例如VxLAN）。这种overlay网络不受物理网络设备控制，完全由vSwitch控制。

       OpenVSwitch基于这一设计思想实现，是一个多层、开源的虚拟交换机。LinuxBridge也支持VxLAN，android商城源码OpenVSwitch同样支持物理网络的VLAN和FLAT网络。

       OpenFlow的引入是OpenVSwitch的另一大特色。传统的交换机功能固定，依赖特定配置。而OpenVSwitch通过OpenFlow实现了交换机的可编程性，可以定义网络包在交换机中的处理流程（pipeline），支持OpenFlow的交换机功能不再是固定的，可通过OpenFlow软件定义OpenVSwitch的功能。

       OpenFlow以多个Table串行工作方式处理网络数据包。灵活性是实现软件定义网络（SDN）的关键部分，但处理复杂功能会导致pipeline过长，影响性能。为了解决这个问题，OpenVSwitch在最新版本（2.x版本）中采用了一种不同方式。

       OpenVSwitch架构包括快速路径（fast path）和慢速路径（slow path）。其中，ovs-vswitchd代表慢速路径，OVS内核模块代表快速路径。OpenFlow存储在slow path中，但为了快速转发，数据包应尽可能在fast path中处理。因此，OpenVSwitch通过以下逻辑完成转发：

       当网络连接的第一个数据包（首包）发出时，OVS内核模块会首先接收到这个包。由于此时内核模块还未了解如何处理该包，所有OpenFlow规则都存在于ovs-vswitchd中，它的默认行为是将包上送至ovs-vswitchd。ovs-vswitchd通过OpenFlow pipeline处理完网络数据包后，将结果送回给OVS内核模块，并生成一串类似于OpenFlow Action的简单datapath action。这串datapath action与OVS内核模块一同处理后续的网络包。由于同一连接的所有包特征（IP、MAC、端口号）相同，会员注册源码OVS内核模块可以高效地应用datapath action进行转发，从而与OpenFlow协议解耦，减少了代码更新对内核的影响。

       为了提高效率，OVS内核模块通过缓存保持datapath action的记录。早期版本使用名为microflow的缓存，这是一种哈希映射，其key是所有可能匹配的值对应的哈希值，包括网络2-4层头部数据和一些其他元数据（如in_port），value为对应的datapath action。哈希映射实现O(1)查找时间，使得OVS内核模块中实现高效查找和转发。

       虽然看起来这是一种理想的解决方案，但在实际应用中仍存在一些问题。下篇文章将深入探讨具体问题及其解决方法。

OVS 总体架构、源码结构及数据流程全面解析

       OVS 是一款基于SDN理念的虚拟交换机，它在数据中心的虚拟网络中发挥着关键作用。其核心架构由控制面和数据面组成，控制面通过OpenFlow协议管理交换策略，数据面则负责实际的数据包交换。OVS的整体架构可以细分为管理面、数据面和控制面，每个部分都有特定的功能和工具以提升用户体验。

       管理面主要包括OVS提供的各种工具，如ovs-ofctl用于OpenFlow交换机的监控和管理，ovs-dpctl用于配置和管理内核模块的datapath，ovs-vsctl负责ovs-vswitchd的配置和ovsdb-server的数据库操作，ovs-appctl则集合了这些工具的功能。这些工具让用户能方便地控制底层模块。

       源码结构方面，OVS的数据交换逻辑由vswitchd和可选的datapath实现，ovsdb存储配置信息，控制面使用OVN，php开源码提供兼容性和性能。OVS的分层结构包括vswitchd与ovsdb通信，ofproto处理OpenFlow通信，dpif进行流表操作，以及netdev抽象网络设备并支持不同平台和隧道类型。

       数据转发流程中，ovs首先解析数据包信息，然后根据流表决定是否直接转发。若未命中，会将问题上交给用户态的ovs-vswitchd，进一步处理或通过OpenFlow通知控制器。ovs-vswitchd在必要时更新流表后，再将数据包返回给内核态的datapath进行转发。

       总的来说，OVS通过其强大的管理工具和精细的架构设计，简化了用户对虚拟网络的操控，确保了高效的数据传输和策略执行。

OVS的隐藏设计原则

       OVS的隐藏设计原则在其清晰的软件架构下隐藏着独特的理解方式。首先，我们要理解的是，OVS与传统网络处理软件如NAT和Load Balancer的区别，这些软件通常采用有状态架构，包含快速路径（五元组哈希表）和慢速路径（包含路由表和ACL表）。快速路径通过五元组缓存快速查找，慢速路径则处理复杂查找。五元组在这些网关中构成了转发等价类(FEC)，意味着相同五元组的数据包会受到相同的处理。

       然而，FEC的设计并不固定，例如路由器仅关注目的IP，其快速路径可能只需IP地址。Revalidator的作用在于维护规则变化时fastpath的FEC与slowpath规则的一致性，通过记录原始数据包并重计算FEC来确保转发语义的正确性。在有状态网关中，如NAT和Load Balancer，虽然它们也使用五元组查找，但因需保持连接跟踪的完整性，它们不需Revalidator。

       OVS的设计则有所不同，它把一切都等效为Match-Action-Revalidation。OVS的架构分为ofproto层（慢速路径，包括OpenFlow规则和接口抽象）、datapath层（快速路径，负责实际转发）以及revalidator（维护语义一致性）。配置和OpenFlow规则共同表示转发逻辑，而fastpath仅执行Match-Action，如网桥的实现，其依据是MAC地址，通过Revalidator周期性维护slowpath的MAC表。

       总结来说，OVS的设计巧妙地将各种协议抽象为统一的处理模式，使其架构显得自然流畅。下文会深入探讨更高级的概念，如Recirculation、Tunnel和Conntrack的实现，对FEC生成的深入理解则可以参考OVS的论文。

OVS架构组成

       Open vSwitch (OVS)，这款强大的开源虚拟交换机，是云计算领域中不可或缺的组件。它以其高度的灵活性和可扩展性，确保了云环境中虚拟机间的流量可见性和可控性。OVS的独特之处在于其分布式虚拟交换的实现，结合控制器，支持VLAN中继、NetFlow等高级特性，提供了严格的流量控制和QoS保障。

       OVS架构的设计精妙且高效，主要由三个关键部分组成：用户空间、内核空间和控制器。用户空间包括ovsdb-server、ovs-vswitchd和ovs-vsctl等工具，它们协同工作，ovsdb-server负责存储和管理配置信息，ovs-vswitchd则是核心组件，它不仅管理ovsdb，还与内核的Datapath模块通过OpenFlow和ovsdb协议进行通信。Datapath模块是数据包处理的中心，它在内核中注册钩子，负责处理网络包，与流表匹配执行策略，由openvswitch.ko内核模块实现。

       Datapath模块的运作机制十分巧妙。当接收到帧时，它会学习源MAC地址，对多播和广播包进行特殊处理。如果没有找到匹配的CAM表项，所有端口都会被转发；找到匹配，则直接转发至相应端口。OVS的工作模式分为Fast Path和Slow Path，前者利用内核的高速处理，后者则在内存紧张时，先在用户态查询，再将策略快速下放到内核，以优化后续匹配。

       管理工具方面，ovs-vsctl用于配置和管理ovs-vswitchd，ovs-ofctl则专注于流表的控制，而ovs-pki则确保了TLS通信的安全性。例如，ovs-dpctl提供了Datapath的管理界面，让我们可以深入了解其工作状态。ovs-appctl则允许用户执行一系列指令，以便测试和优化数据包转发流程。

       OVS的这些组件协同作用，构成了一个高效、灵活的虚拟网络架构，为云计算提供了坚实的基础设施支撑。无论是大型数据中心还是边缘计算环境，OVS都是实现网络自动化和性能优化的关键要素。深入了解并掌握OVS的架构，无疑将有助于提升网络管理的效率和灵活性。

virtio+ovs转发原理和性能分析

       virtio和ovs在云计算环境中结合，提供了高效的虚拟网络转发解决方案。本文将深入探讨它们的原理和性能特性。

       在云计算环境中，virtio是一种虚拟I/O技术，通过半虚拟化简化了虚拟机与物理服务器之间的数据交换，允许各种虚拟设备（如网卡、硬盘）通过通用机制工作。virtio的frontend在虚拟机中，backend在物理服务器上，通过virtio机制进行数据传输，这使得它成为虚拟化标准。

       ovs作为虚拟交换机，通过软件实现交换功能，适应云计算对灵活性和性能的需求。云计算环境中，ovs的openflow设计使其易于扩展和功能定制，避免了复杂的控制面协议，如STP，性能上由datapath提供支持。

       vhost-net和vhost-user是virtio与硬件交互的不同方式。vhost-net利用硬件特性进行直接数据搬运，而vhost-user通过用户态和内核之间的通信，实现虚拟机与硬件的高效协作。vdpa则进一步将数据平面的处理移到硬件，提供热迁移支持，但复杂度较高。

       性能分析显示，vdpa通常提供最高性能，但成本较高；vhost-user次之，性能稳定但消耗CPU；而vhost的性能较差，受硬件限制明显。在实际应用中，vhost-net因其稳定性和配套成熟性成为主流选择，但在电信级云环境中，vhost-user因其性能优势被青睐。

       综上，virtio+ovs的组合在云计算中发挥了关键作用，不同的实现方式根据应用场景各有优劣，用户需根据需求权衡性能、成本和功能需求。

OVS架构解析--dpdk datapath数据通路

       OVS（Open vSwitch）是一种广泛应用于云环境中、采用开源的虚拟交换机，支持OpenFlow协议和ovsdb管理。OVS的架构包括ovsdb-server、ovs-vswitchd和可选的dpdk数据通路模块。ovsdb-server负责管理和操作，ovs-vswitchd负责核心功能如OpenFlow通信和数据转发，而dpdk模式的ovs在用户态进行快速转发，无需内核支持。

       管理方面，OVS通过OVSDB协议，通过RFC 规范进行配置，管理员通过OVSDB管理协议进行交换机的配置和控制。转发控制则通过OpenFlow协议，控制器直接向OVS下发流表指令控制转发行为。

       OVS的核心组件间通过socket、netlink和内核模块进行交互。例如，添加接口时，ovs-vsctl会先更新ovsdb，ovs-vswitchd据此更新交换机配置。dpdk模式的ovs保留了相同的架构，但不使用内核的dpdk模块。

       ovsdb_idl和ovsdb通信是通过idl（接口描述语言）进行的，ovsdb_idl_create建立连接，接收和解析jsonrpc数据，然后更新本地数据。dpdk加速处理涉及初始化配置，如设置dpdk-init参数，以及使用dpdk库进行接口状态监控和设备注册。

       数据结构抽象层面，OVS使用ofproto、dpif和netdev等类进行分层设计，构建了OpenFlow交换机、数据通路接口和网络设备的抽象。通过这些类，OVS可以创建和管理交换机、配置端口，实现数据包的接收和发送。

       最后，OVS的启动流程包括与ovsdb-server通信、dpdk初始化、ofproto和netdev的配置，以及网桥和端口的配置和运行。对于数据结构查询，详细的类和结构说明了OVS内部的不同组件及其交互方式。