Open vSwitch 源码阅读笔记（1）OVS 的总体架构

TerryMTR

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分类专栏： Open vSwitch 源码阅读笔记文章标签： Open vSwitch

于 2024-05-05 19:28:14 首次发布

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一、Open vSwitch 介绍

Open vSwitch（其中 v 表示 virtual）简称 OVS，是一个开源的多层虚拟交换机，也是当前市场上云环境中部署份额最大的交换机。Open vSwitch 支持标准管理接口、应用程序扩展和控制转发功能，非常适合在 VM 环境中用作虚拟交换机，目前 Open vSwitch 支持多种基于 Linux 的虚拟化技术。

Open vSwitch 具有以下特点和功能：

支持 802.1Q VLAN 标准的 trunk 和 access 端口
支持物理网卡绑定和 LACP（链路汇聚控制协议，802.3ad）
支持 NetFlow、sFlow(R) 和端口镜像增强通信过程的可视性
支持 QoS（服务质量）配置、监控和管理
支持多种隧道技术，如 Geneve、GRE、VXLAN、STT、ERSPAN、GTP-U、SRv6、Bareudp 和 LISP
支持 802.1ag 标准的连接故障管理
支持 OpenFlow 1.0 协议和后续的诸多扩展
具有支持事务的轻量级数据库和基于 C / Python 的远程配置协议
使用 Linux 内核模块的高性能转发（这里指 Datapath）

总而言之 Open vSwitch 提供了一种灵活、可扩展的虚拟交换机解决方案，适用于数据中心、云计算和网络虚拟化等应用场景，提供了高级网络功能和网络集中管理的能力。

Open vSwitch 在网络中扮演的角色如下图所示（虚拟交换机）。

可以简单理解：Open vSwitch 是 Linux Bridge 的加强版，加强的点主要体现在：

Open vSwitch 的设计基于 SDN 的思想，支持多种标准管理接口和协议，如 OpenFlow 协议
Linux Bridge 只支持Vxlan，而 Open vSwitch 支持 Vxlan、GRE、IPSec 等许多种隧道技术
Open vSwitch 适用于多种虚拟化架构，如 Xen、KVM、VMware 等

二、Open vSwitch 总体架构

此处的上下两张图都是 Open vSwitch 的总体架构图，但是它们的模块内容都不够全面（毕竟是多年前的老图），可以对照着参考，就全面了。

Open vSwitch 的总体架构如上图所示，其中核心组件包括以下部分：

ovs-vswitchd：实现交换机核心功能（如寻址、转发和端口绑定等）的守护进程
Datapath：支持数据流转发的 Linux 内核模块（唯一工作在内核态的模块）
ovsdb-server：轻量级数据库服务器（存储配置、日志和状态等信息）
ovs-dpctl：用于配置交换机内核模块（Datapath）的工具
ovs-vsctl：用于查询和更新 ovs-vswitchd 配置的工具
ovs-appctl：用于向正在运行中的 ovs-vswitchd 发送命令的工具

此外还包括一些实用的附加模块：

NetFlow / sFlow：网络监测模块
ovsdb-tool：数据库 ovsdb 的工具库模块
ovs-ofctl：用于查询和控制 OpenFlow 交换机和控制器的工具（仅 OpenFlow 协议可用）
ovs-controller：一个简单的 OpenFlow 控制器（现在还有 ovs-testcontroller 功能类似）
ovs-pki：用于创建和管理 OpenFlow 交换机的公钥基础设施的模块
还有一个 tcpdump 的补丁，使其能够解析 OpenFlow 协议的消息

由于 Open vSwitch 是参照软件定义网络 SDN 的思想设计的，所以 SDN 的三层架构（应用层、控制层、转发层）在 OVS 的架构中也有很好的体现：

应用层：OVS 提供的各种工具，如：ovs-dpctl，ovs-vsctl，ovs-appctl 等工具模块
控制层：主要由 ovs-ofctl 模块负责（因为它支持 OpenFlow 协议）
转发层：以 ovs-vswitchd 模块 + Datapath 模块为主，并使用 ovsdb 模块存储信息

三、Open vSwitch 源代码结构

为了避免歧义和混淆，我专门 Fork 了一份 Open vSwitch 的源码用于本系列的笔记，版本为 Open vSwitch v3.3.0（最近更新于 2024 年 5 月），此后内容均以此版本为准。

Open vSwitch v3.3.0 源代码阅读https://github.com/terryMTR5831/ovs

Open vSwitch 源代码的主目录 ovs-main 文件夹结构如下图：

图中红色方框标识出的文件夹为 OVS 功能实现的主要文件夹：

vswitchd 文件夹：具有交换机核心功能的 ovs-vswitchd 守护进程的代码实现
utilities 文件夹：包含 ovs-dpctl、ovs-vsctl、ovs-appctl、ovs-ofctl、ovs-pki 和 ovs-tcpdum 等各种管理和控制工具的代码实现，此外还包括 docker 相关的支持
ovsdb 文件夹：包含 ovsdb-server、ovsdb-client 和 ovsdb-tool 等数据库相关模块的代码实现
include 文件夹：包含一些协议和内核模块，如 OpenFlow 协议等
ofproto 文件夹：包含监控、镜像和反馈等交换机功能的代码实现
lib 文件夹：包含一些作者自己写的数据结构、底层逻辑、进程实现和日志等内容
tests 文件夹：包含 Open vSwitch 测试相关的内容