"Shortest path forwarding using OpenFlow" Iwan - PowerPoint PPT Presentation

"Shortest ¡path ¡forwarding ¡using ¡OpenFlow" ¡ Iwan ¡Hoogendoorn ¡& ¡Joris ¡Soeurt ¡ Supervisor: ¡Ronald ¡van ¡der ¡Pol ¡ Wednesday ¡8 ¡February ¡2012 ¡ 1/29 ¡

Research ¡Ques/on ¡ In ¡what ¡way ¡can ¡shortest ¡ path ¡bridging ¡be ¡ implemented ¡using ¡ OpenFlow? ¡ 2/29 ¡

Agenda ¡ Approach ¡ Iwan ¡Hoogendoorn ¡ Spanning ¡Tree ¡ Part-­‑Time ¡UvA ¡student ¡ Full-­‑Time ¡Cisco ¡Employee ¡ TRILL ¡/ ¡802.1aq ¡(SPB) ¡differences ¡ TRILL ¡-­‑ ¡specific ¡ 802.1aq ¡(SPB) ¡-­‑ ¡specific ¡ Joris ¡Soeurt ¡ Full-­‑Time ¡UvA ¡student ¡ OpenFlow ¡ Rou/ng ¡module ¡ 3/29 ¡

Approach ¡ • Implement ¡a ¡(basic) ¡shortest ¡path ¡bridging ¡ algorithm ¡using ¡OpenFlow ¡ – First ¡see ¡how ¡TRILL ¡/ ¡802.1aq ¡implement ¡this ¡ • Discovered ¡exis/ng ¡rou/ng ¡module ¡ – No ¡annota/on ¡in ¡code ¡(wriUen ¡in ¡C) ¡ – Very ¡liUle, ¡outdated ¡documenta/on ¡ ¡ • Explored ¡and ¡tested ¡this ¡module ¡ • Created ¡improvement ¡proposal ¡ 4/29 ¡

Spanning ¡Tree ¡– ¡Why ¡– ¡What ¡does ¡it ¡ do? ¡ ¡ “The ¡Spanning ¡Tree ¡Protocol ¡(STP) ¡is ¡a ¡network ¡ Radia ¡Perlman ¡ Wikipedia ¡ protocol ¡that ¡ensures ¡a ¡loop-­‑free ¡topology ¡for ¡ any ¡bridged ¡Ethernet ¡local ¡area ¡network.” ¡ 5/29 ¡

Spanning ¡Tree ¡ 6/29 ¡

TRILL/802.1aq ¡– ¡Why ¡beUer? ¡ TRILL ¡ à ¡IETF ¡& ¡802.1aq ¡ à ¡IEEE ¡ ¡ IS-­‑IS ¡topology ¡discovery ¡ ¡TRILL ¡– ¡unicast ¡traffic ¡– ¡hop ¡by ¡hop ¡ TRILL ¡– ¡broadcast, ¡mul/cast, ¡unknown ¡– ¡pre-­‑calculated ¡distribu/on ¡ trees ¡ 802.1aq ¡(SPB) ¡– ¡all ¡traffic ¡– ¡trees ¡calculated ¡up ¡front ¡ ¡ 7/29 ¡

TRILL ¡-­‑ ¡concept ¡ RBridges ¡+ ¡addi/onal ¡TRILL ¡headers ¡ IS-­‑IS ¡topology ¡discovery ¡ ¡4 ¡MAC ¡learning ¡techniques ¡ Unicast ¡vs. ¡mul/cast, ¡broadcast, ¡unknowns ¡ 8/29 ¡

TRILL ¡-­‑ ¡diagram ¡ FRAME FRAME A E FRAME D2 E2 A E FRAME A3 C1 Outer TRILL MAC Header A E FRAME C3 D3 9/29 ¡

802.1aq ¡(SPB) ¡-­‑ ¡Types ¡ SPB ¡ SPB-­‑V ¡ SPB-­‑M ¡ (Q-­‑in-­‑Q) ¡ (MAC-­‑in-­‑MAC) ¡ Access ¡Network ¡ Metro ¡Core ¡Network ¡ Enterprise ¡Network ¡ • Reliability ¡ •Reliability ¡ •Plug ¡& ¡Play ¡ •Bandwidth ¡efficiency ¡ ¡ •Auto-­‑discovery ¡ • Easy ¡to ¡operate ¡ •Unknown ¡or ¡managed ¡ ¡ •Load ¡sharing ¡ •Unknown ¡addresses ¡ ¡ ¡ ¡addresses ¡ •Managed ¡addresses ¡ ¡ MAC ¡learning ¡ ¡ MAC ¡learning ¡ ¡ in ¡control ¡plane ¡ in ¡data ¡plane ¡ 10/29 ¡

802.1aq ¡(SPB) ¡-­‑ ¡concept ¡ Root A ¡ A ¡ A ¡ A ¡ A ¡ Root Blocked Ports Root D ¡ D ¡ D ¡ D ¡ D ¡ Root B ¡ B ¡ B ¡ B ¡ B ¡ Blocked Root Root C ¡ C ¡ C ¡ C ¡ C ¡ Root Ports E ¡ E ¡ E ¡ E ¡ E ¡ Root G ¡ G ¡ G ¡ F ¡ F ¡ F ¡ G ¡ F ¡ G ¡ F ¡ Root Root Root Each ¡bridge ¡is ¡the ¡ “ root ” ¡of ¡a ¡separate ¡shortest ¡path ¡tree ¡instance ¡ Ø Bridge ¡G ¡is ¡the ¡root ¡of ¡the ¡green ¡tree ¡ Ø Bridge ¡E ¡is ¡the ¡root ¡of ¡the ¡blue ¡tree ¡ Ø Both ¡trees ¡are ¡ac/ve ¡AND ¡symmetric ¡at ¡all ¡/mes ¡ Ø 11/29 ¡

Introduc/on ¡to ¡OpenFlow ¡ • Vendors ¡generally ¡don’t ¡like ¡to ¡make ¡their ¡ firmware ¡open ¡to ¡outsiders. ¡ • No ¡possibility ¡to ¡test ¡new ¡algorithms ¡ • Stanford ¡computer ¡scien/st ¡Nick ¡McKeown ¡ and ¡colleagues ¡developed ¡a ¡standard ¡called ¡ OpenFlow ¡ ¡ 12/29 ¡

Introduc/on ¡to ¡OpenFlow ¡ • Control ¡and ¡dataplane ¡completely ¡seperated ¡ • Control ¡plane: ¡Controller ¡ – NOX ¡ • Open ¡source ¡ • Python ¡programmable ¡ • Data ¡plane: ¡OpenFlow ¡aware ¡switches ¡ • Communica/on ¡via ¡standardized ¡API. ¡ 13/29 ¡

Opera/on ¡of ¡OpenFlow ¡ Src: ¡00-­‑00-­‑01 ¡ Src: ¡00-­‑00-­‑01 ¡ Dst: ¡00-­‑00-­‑02 ¡ Dst: ¡00-­‑00-­‑02 ¡ Create ¡rule, ¡ ¡ What ¡should ¡I ¡do? ¡ acAon ¡= ¡out ¡port ¡2 ¡ Flow ¡table ¡on ¡switch ¡ Src ¡MAC ¡ Dst ¡MAC ¡ Src ¡IP ¡ Src ¡MAC ¡ Dst ¡MAC ¡ Src ¡IP ¡ Dst ¡IP ¡ Dst ¡IP ¡ In ¡port ¡ In ¡port ¡ AcAon ¡ AcAon ¡ 00-­‑00-­‑01 ¡ 00-­‑00-­‑02 ¡ 1 ¡ Out ¡2 ¡ 14/29 ¡

Key ¡features/advantages ¡ • You ¡are ¡not ¡limited ¡by ¡the ¡func/onality ¡of ¡the ¡ proprietary ¡firmware ¡of ¡vendors. ¡ • Compu/ng ¡power ¡of ¡a ¡server ¡ ¡ • Strength ¡of ¡a ¡programming ¡language ¡ • You ¡can ¡implement ¡any ¡forwarding ¡algorithm ¡ you ¡want. ¡ 15/29 ¡

Tes/ng… ¡ • ¡ ¡ ¡ 6 ¡OpenWrt ¡switches ¡with ¡custom ¡firmware ¡ • Informa/on ¡deduced ¡ • Data ¡gathered ¡ – Communica/on ¡ – Wireshark ¡on ¡controller ¡ – Innerworking ¡ – Tcpdump ¡on ¡hosts ¡ – Link ¡failover ¡ – NOX ¡console ¡output ¡ – Path ¡determina/on ¡ 16/29 ¡

Parts ¡of ¡“rou/ng” ¡module ¡ • Discovery ¡module ¡ – Controller ¡learns ¡topology ¡ • Spanning ¡tree ¡module ¡ – For ¡broadcast/mul/cast/unknown ¡unicast ¡frames ¡ – Frames ¡are ¡flooded ¡ • Shortest ¡path ¡module ¡ – For ¡unicast ¡frames ¡ – Frames ¡are ¡“routed” ¡ 17/29 ¡

Opera/on ¡of ¡discovery ¡(1) ¡ LLDP ¡ ¡ Sent ¡on: ¡SW5, ¡port ¡1 ¡ LLDP ¡ ¡ Sent ¡on: ¡ SW5, ¡port ¡1 ¡ Received ¡on: ¡ SW6, ¡port ¡3 ¡ Switch ¡5 ¡ Switch ¡6 ¡ 18/29 ¡

Spanning ¡tree ¡module ¡ port ¡mod ¡ port ¡mod ¡ port ¡mod ¡ port ¡mod ¡ port ¡mod ¡ port ¡mod ¡ port-­‑mod ¡ port ¡1, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡2, ¡flood ¡= ¡0 ¡ port ¡3, ¡flood ¡= ¡0 ¡ port-­‑mod ¡ port-­‑mod ¡ port ¡4, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡1, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡1, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡2, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡2, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡3, ¡flood ¡= ¡0 ¡ port ¡3, ¡flood ¡= ¡0 ¡ port ¡4, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡4, ¡flood ¡= ¡0 ¡ port-­‑mod ¡ port-­‑mod ¡ port ¡1, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡1, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡2, ¡flood ¡= ¡0 ¡ port ¡2, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡3, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡3, ¡flood ¡= ¡0 ¡ port ¡4, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡4, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port-­‑mod ¡ port ¡1, ¡flood ¡= ¡0 ¡ port ¡2, ¡flood ¡= ¡0 ¡ port ¡3, ¡flood ¡= ¡1 ¡ port ¡4, ¡flood ¡= ¡0 ¡ 19/29 ¡

Broadcast ¡/ ¡mul/cast ¡/ ¡unknown ¡ • Rule ¡with ¡ac/on ¡= ¡flood ¡ • Frames ¡are ¡flooded ¡out ¡all ¡ports, ¡except ¡for…. ¡ ¡ – Origina/ng ¡port ¡ – Port ¡with ¡flood ¡flag ¡set ¡to ¡disabled ¡ ¡ 20/29 ¡

Opera/on ¡of ¡flooding ¡(first ¡frame) ¡ Create ¡rule, ¡ ¡ Create ¡rule, ¡ ¡ Create ¡rule, ¡ ¡ Create ¡rule, ¡ ¡ Create ¡rule, ¡ ¡ Create ¡rule, ¡ ¡ acAon ¡= ¡Flood ¡ acAon ¡= ¡Flood ¡ acAon ¡= ¡Flood ¡ acAon ¡= ¡Flood ¡ acAon ¡= ¡Flood ¡ acAon ¡= ¡Flood ¡ Src: ¡00-­‑00-­‑01 ¡ What ¡should ¡I ¡do? ¡ Src: ¡00-­‑00-­‑01 ¡ What ¡should ¡I ¡do? ¡ What ¡should ¡I ¡do? ¡ Dst: ¡FF-­‑FF-­‑FF ¡ Dst: ¡FF-­‑FF-­‑FF ¡ Src: ¡00-­‑00-­‑01 ¡ What ¡should ¡I ¡do? ¡ Src: ¡00-­‑00-­‑01 ¡ What ¡should ¡I ¡do? ¡ What ¡should ¡I ¡do? ¡ Dst: ¡FF-­‑FF-­‑FF ¡ Dst: ¡FF-­‑FF-­‑FF ¡ 21/29 ¡

Opera/on ¡of ¡flooding ¡(next ¡ frames) ¡ Src: ¡00-­‑00-­‑01 ¡ Src: ¡00-­‑00-­‑01 ¡ Dst: ¡FF-­‑FF-­‑FF ¡ Dst: ¡FF-­‑FF-­‑FF ¡ Src: ¡00-­‑00-­‑01 ¡ Src: ¡00-­‑00-­‑01 ¡ Dst: ¡FF-­‑FF-­‑FF ¡ Dst: ¡FF-­‑FF-­‑FF ¡ 22/29 ¡