基于Open vSwitch的传统限速和SDN限速

作者简介：好好先生

QoS（Quality of Service）即服务质量。指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力。当网络过载或拥塞时，QoS能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。对于网络业务，服务质量包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率、网络抖动等。在网络中可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率、降低网络抖动值等措施来提高服务质量。限流是Qos中常用的一种技术手段，本文基于开源交换机Open vSwitch，从传统网络模式和SDN模式完成限流的功能，对比出各种方式的特点。

本次实验需要指定版本的ovs交换机为2.8.1及以上，所以先安装2.8.1版本的ovs，然后安装mininet网络仿真器。通过网卡限速，队列限速，meter表限速，从三个角度分析限流实现并对比其限速性能表现。

一、安装指定版本ovs

从Open vswitch官网下载安装包，版本为2.8.1。
http://www.openvswitch.org/

图 1 Open vSwitch

图 2 ovs版本

安装python
apt install python

安装pip
apt install python-pip

生成make文件
./configure

生成makefile文件
make

make install 安装
make install

检查模块
make modules_install

载入ovs模块到内核中
/sbin/modprobe openvswitch
/sbin/lsmod | grep openvswitch

启动
$ export PATH=$PATH:/usr/local/share/openvswitch/scripts
$ ovs-ctl start

启动ovs-vswitchd
$ ovs-ctl —no-ovs-vswitchd start

启动ovsdb-server
$ ovs-ctl —no-ovsdb-server start

配置ovsdb的数据库
$ mkdir -p /usr/local/etc/openvswitch
$ ovsdb-tool create /usr/local/etc/openvswitch/conf.db \
vswitchd/vswitch.ovsschema
$ mkdir -p /usr/local/var/run/openvswitch
$ ovsdb-server —remote=punix:/usr/local/var/run/openvswitch/db.sock \
—remote=db:Open_vSwitch,Open_vSwitch,manager_options \
—private-key=db:Open_vSwitch,SSL,private_key \
—certificate=db:Open_vSwitch,SSL,certificate \
—bootstrap-ca-cert=db:Open_vSwitch,SSL,ca_cert \
—pidfile —detach —log-file

使用ovs-vsctl初始化数据库
$ ovs-vsctl —no-wait init
$ ovs-vswitchd —pidfile —detach —log-file

二、基于ovs安装mininet

1.安装git
apt install git

2.下载mininet源码
git clone git://github.com/mininet/mininet

3.安装mininet
到/mininet/util目录下

执行命令 ./install.sh -3n。如果有报错，不用管

三、创建拓扑

1.设计拓扑

图 3 实验拓扑
设计上图的拓扑，设备分工如下：

表 1 设备信息列表

搭建一个上图的拓扑，使用mininet命令：
mn —topo single，6

2.使用虚拟主机

mininet的强大之处，每一个设备都能打开命令行，可以当做Linux系统的命令行去使用。使用命令xterm h1，打开h1的操作界面。

同理打开h2的操作界面。

查看两个主机h1和h2的ip地址。

3.iperf测试带宽

在没有限流的情况下，测试网络带宽。iperf是一款常用的网络带宽测试工具，分为客户端和服务端。服务端首先开启监听，客户端发送流量，最后测得带宽的大小。以h1为服务端，以h2为客户端。

h1:
iperf -s

h2
iperf -c 10.0.0.1

最后测得在正常情况下，本环境中的网络带宽是16.7M。（每个实验环境数据都不太一样，跟硬盘有关）

四、网卡限速

1.简单介绍

Open vSwitch本身并不具备QoS功能，网卡限速是基于Linux内核来完成，而Open vSwitch所做的是对Linux内核的限速功能进行配置。Linux内核中接收数据包使用的方法叫策略（policing），用于限制网卡上接收分组（ingress）的速率，当速率超过了配置速率，就简单的把数据包丢弃。Policing通过简单的丢包机制实现接口速率的限制，它既可以作用于物理接口，也可以作用于虚拟接口。

2.实验过程

1.查看h1和h2的网卡

2.对两个网卡做策略
当两个网卡接收到的数据包超过5000kb时，数据包就直接丢弃掉
ovs-vsctl set interface s1-eth1 ingress_policing_rate=5000
ovs-vsctl set interface s1-eth2 ingress_policing_rate=5000

ingress_policing_rate：为接口最大收包速率，单位kbps，超过该速度的报文将被丢弃，默认值为0表示关闭该功能

3.验证带宽
以h1为服务端，以h2为客户端，通过iperf打流，测网络带宽。打流选择UDP传输，客户端以10M的带宽去发送流量，由于网卡被限速，服务端会显示相应的带宽。
h1
iperf -u -s

h2
iperf -u -c 10.0.0.1 -b 10M

带宽：5.57 M
抖动：15.61 ms
丢包率：43%

五、队列限速

1.简单介绍

图 4 队列原理图

数据包队列是任何一个网络栈的核心组件，数据包队列实现了异步模块之间的通讯，提升了网络性能。Linux可以将网络数据包缓存起来,然后根据用户的设置,在尽量不中断连接(如 tcp)的前提下来平滑网络流量。内核通过某个网络接口发送数据包,它都需要按照这个接口的队列规则把数据包加入队列。由于Linux对接收队列的控制不够好,所以一般只用发送队列,即”控发不控收”。shaping用于实现出口流量的控制，使用队列queue，可以缓存和调度数据包发送顺序，比policing更加精确和有效。在ovs的数据表中主要使用QoS和Queue两张表。