码农学ODL之流量限速实战

本文作为码农学ODL系列的实战篇，首先介绍OpenFlow相关理论及其在ODL中的具体实现，接着讲述了基于ODL的应用程序总体开发流程，进而实现了流量限速的基础功能，最后验证了流量限速的基础功能。

一、理论基础

SDN中的流量限速可以基于OpenFlow协议来实现，其原理大致为：OpenFlow通过用户定义的流表(Flow Table)来匹配和处理报文，计量表项被流表项所引用，并为引用该计量表项的流表项提供报文限速的功能。由于大家对OpenFlow流表相对比较熟悉，而对计量表相对陌生。下面首先对计量表的基础知识进行详细介绍，然后给出OpenFlow协议在ODL中的具体实现。

1．Meter Table(计量表)

Meter Table是由多个Meter Enties构成，每个Meter Entry定义每个 Flow 的 meters。基于此结构，OpenFlow Switch可以实现各种简单的QoS功能，比如速率限制等，再结合每个port的queues，可以实现更加复杂的QoS框架，例如DiffServ。

一个meter可以衡量与它关联的数据包的速率，并进而可以控制其聚合速率。任何一个Flow Entry都可以在其Instructions Set里指定某一个Meter，从而控制与该Flow Entry能够成功匹配的数据包的聚合速率。

Meter Entry的具体结构如下：

每个Meter Entry都是由其Meter Identifier来唯一定位，详情如下：

(1) Meter Identifier：一个32位无符号整数，作为一个Meter Entry的唯一标识；

(2) Counters：被该Meter Entry处理过的数据包的统计量；

(3) Meter Bands：一个无序的Meter Band集合，每个Meter Band指明了带宽速率以及处理数据包的行为；每一个Meter Entry都可能有一个或者多个Meter Bands，每个Meter Band指明了带宽速率以及对数据包的处理行为。数据包基于其当前的速率会被其中一个Meter Band来处理，其筛选策略是选择那个定义的带宽速率略低于当前数据包的测量速率的Meter Band， 假若当前数据包的测试速率均低于任何一个Meter Band定义的带宽速率，那么不会筛选任何一个Meter Band，具体结构如下：

这里，每个Meter Band以其定义的Rate来唯一标识。每项具体说明如下：

(1) Band Type：定义了数据包的处理行为。

(2) Rate：Meter Band的唯一标识，定义了Band可以应用的最低速率。

(3) Counters：被该Meter Band处理过的数据包的统计量。

(4) Type specific arguments：某些Meter Band有一些额外的参数。

Band Type的类型有如下两种，它们都是可选的：

(1)drop：丢包，可以被用来实现一个rate limiter。

(2)dscp remark：增加数据包IP头DSCP域的丢弃优先级，可以被用来实现一个DiffServ仲裁器。

2．OpenFlow协议在ODL中的实现

在ODL中，OpenFlow的实现分为OpenFlowJava和OpenFlowPlugin两部分，其中OpenFlowJava负责面向南向设备完成OpenFlow协议的序列化、反序列化、端口监听以及消息分发，而OpenFlowPlugin负责完成OpenFlow协议的状态管理、会话管理、事务处理等，向SAL层提供服务。整体框架如下：

OpenFlowPlugin实现了OpenFlow协议，它提供了REST API接口，这里需要关注添加流表项、添加计量表项等接口；OpenFlowPlugin提供了SalFlowService和SalMeterService服务，在这两个服务接口中定义了插入、删除和更新流表项、计量表项的方法。因此，流量限速插件可以通过组合这些基础功能完成限速功能。SalFlowService接口定义如下：

SalMeterService接口定义如下：