Open vSwitch (OVS) 全面指南：命令、操作与实例详解

Open vSwitch（OVS）是一个高性能的多层软件交换机，专为虚拟化环境和云计算架构设计。它支持标准的管理接口和协议，如 NetFlow、sFlow、IPFIX、RSPAN、CLI、LACP、802.1ag 等，使其成为构建复杂网络拓扑的理想选择。

本指南将详细介绍 OVS 的相关命令、详细操作，并通过实例帮助您深入理解和掌握 OVS 的使用。

OVS 简介
安装与初始配置
ovs-vsctl 命令详解
ovs-ofctl 命令详解
ovs-dpctl 命令详解
- 5.1 数据路径管理
- 5.2 端口配置与管理
ovs-appctl 命令详解
- 6.1 调试和监控
- 6.2 与外部 SDN 控制器集成
综合实例
常见问题与解决方案
性能优化与监控
- 9.1 性能优化
- 9.2 监控工具
总结
附录：常用命令速查表

1. OVS 简介

什么是 Open vSwitch？

Open vSwitch（OVS）是一个开源的多层虚拟交换机，旨在在虚拟化环境中提供高性能的网络连接。它支持 OpenFlow 协议，可以与 SDN 控制器集成，实现灵活的网络管理。

OVS 的主要特性

跨平台支持：支持 Linux、FreeBSD、Windows 等操作系统。
OpenFlow 支持：支持 OpenFlow 1.0 至 1.5 版本。
丰富的网络功能：支持 VLAN、隧道、QoS、镜像等高级网络功能。
可扩展性强：可以与多种网络管理工具和 SDN 控制器集成。
高性能：优化的数据路径实现，支持大规模网络部署。
灵活的管理接口：提供命令行工具和 API 以便于自动化管理。

OVS 架构与工作原理

OVS 由多个组件组成，包括用户空间的 ovs-vswitchd 和 ovsdb-server 以及内核空间的数据路径模块。其架构允许灵活的网络流量管理和高效的数据包转发。

ovsdb-server：管理 OVS 配置数据库，处理配置请求。
ovs-vswitchd：负责数据路径的配置和管理，处理控制平面的操作。
内核模块：实现高效的数据包转发，确保高性能。

OVS 通过与 SDN 控制器（如 OpenDaylight、ONOS）集成，实现集中化的网络管理和编程化的网络控制。

2. 安装与初始配置

2.1 安装 OVS

在 Ubuntu 上，可以使用以下命令安装 OVS：

sudo apt-get update
sudo apt-get install openvswitch-switch

在 CentOS 或 RHEL 上：

sudo yum install openvswitch

2.2 启动 OVS 服务

安装完成后，启动并启用 OVS 服务：

# 在 Ubuntu 上
sudo systemctl start openvswitch-switch
sudo systemctl enable openvswitch-switch

# 在 CentOS/RHEL 上
sudo systemctl start openvswitch
sudo systemctl enable openvswitch

2.3 验证安装

使用以下命令验证 OVS 是否正确安装和运行：

sudo ovs-vsctl show

如果输出中显示了 ovs_version 等信息，表示 OVS 已成功安装并运行。

2.4 配置 OVS 数据库（可选）

默认情况下，OVS 使用内置的数据库。您可以根据需要配置远程数据库或备份当前配置。

# 备份当前数据库
sudo ovsdb-tool dump-db /etc/openvswitch/conf.db > ovs_backup.confdb

3. ovs-vsctl 命令详解

ovs-vsctl 是 OVS 的主要配置工具，用于管理 OVS 数据库，包括桥接、端口、接口等的配置。

3.1 基本桥接操作

3.1.1 创建桥接

sudo ovs-vsctl add-br <bridge_name>

示例：

sudo ovs-vsctl add-br br0

3.1.2 删除桥接

sudo ovs-vsctl del-br <bridge_name>

示例：

sudo ovs-vsctl del-br br0

3.1.3 查看桥接

sudo ovs-vsctl list-br

3.1.4 显示桥接详细信息

sudo ovs-vsctl show

3.2 端口和接口管理

3.2.1 添加端口到桥接

sudo ovs-vsctl add-port <bridge_name> <port_name>

示例：

sudo ovs-vsctl add-port br0 eth1

3.2.2 从桥接中删除端口

sudo ovs-vsctl del-port <bridge_name> <port_name>

示例：

sudo ovs-vsctl del-port br0 eth1

3.2.3 列出桥接的所有端口

sudo ovs-vsctl list-ports <bridge_name>

3.2.4 配置接口类型

指定接口类型（如 internal）：

sudo ovs-vsctl add-port <bridge_name> <interface_name> -- set Interface <interface_name> type=internal

示例：

sudo ovs-vsctl add-port br0 tap0 -- set Interface tap0 type=internal

3.2.5 配置端口速率限制（速率限制功能需要内核支持）

sudo ovs-vsctl set port <port_name> qos=@newqos -- \
--id=@newqos create QoS type=linux-htb other-config:max-rate=<max_rate> queues:0=@q0 -- \
--id=@q0 create Queue other-config:min-rate=<min_rate>

示例：

限制端口 eth1 的最大带宽为 10Mbps：

sudo ovs-vsctl set port eth1 qos=@newqos -- \
--id=@newqos create QoS type=linux-htb other-config:max-rate=10000000 queues:0=@q0 -- \
--id=@q0 create Queue other-config:min-rate=10000000

3.3 VLAN 配置

3.3.1 为端口设置 Access VLAN

sudo ovs-vsctl set port <port_name> tag=<vlan_id>

示例：

sudo ovs-vsctl set port eth1 tag=100

3.3.2 配置 Trunk 端口

sudo ovs-vsctl set port <port_name> trunks=<vlan_id_list>

示例：

sudo ovs-vsctl set port eth2 trunks=100,200,300

3.4 隧道配置

3.4.1 创建 GRE 隧道

sudo ovs-vsctl add-port <bridge_name> <port_name> -- set interface <port_name> type=gre options:remote_ip=<remote_ip>

示例：

sudo ovs-vsctl add-port br0 gre0 -- set interface gre0 type=gre options:remote_ip=192.168.1.2

3.4.2 创建 VXLAN 隧道

sudo ovs-vsctl add-port <bridge_name> <port_name> -- set interface <port_name> type=vxlan options:remote_ip=<remote_ip> options:key=<vxlan_id>

示例：

sudo ovs-vsctl add-port br0 vxlan0 -- set interface vxlan0 type=vxlan options:remote_ip=192.168.1.3 options:key=1000

3.5 QoS 和流量控制

3.5.1 配置 QoS 规则

sudo ovs-vsctl set port <port_name> qos=@newqos -- \
--id=@newqos create QoS type=linux-htb other-config:max-rate=<max_rate> queues:0=@q0 -- \
--id=@q0 create Queue other-config:min-rate=<min_rate>

示例：

限制端口 eth1 的最大带宽为 10Mbps：

sudo ovs-vsctl set port eth1 qos=@newqos -- \
--id=@newqos create QoS type=linux-htb other-config:max-rate=10000000 queues:0=@q0 -- \
--id=@q0 create Queue other-config:min-rate=10000000

3.5.2 查看 QoS 配置

sudo ovs-vsctl list qos
sudo ovs-vsctl list queue

3.5.3 删除 QoS 配置

sudo ovs-vsctl destroy QoS <qos_uuid>
sudo ovs-vsctl destroy Queue <queue_uuid>

3.6 LACP 配置（链路聚合控制协议）

3.6.1 创建 LACP 端口组

sudo ovs-vsctl add-bond <bridge_name> <bond_name> <slave_ports> lacp=active

示例：

创建一个 LACP 端口组 bond0，包含 eth1 和 eth2：

sudo ovs-vsctl add-bond br0 bond0 eth1 eth2 lacp=active

3.6.2 删除 LACP 端口组

sudo ovs-vsctl del-port <bridge_name> <bond_name>

示例：

sudo ovs-vsctl del-port br0 bond0

4. ovs-ofctl 命令详解

ovs-ofctl 命令用于管理 OpenFlow 流表，包括添加、删除和查看流表规则。

4.1 流表管理

4.1.1 查看流表

sudo ovs-ofctl dump-flows <bridge_name>

示例：

sudo ovs-ofctl dump-flows br0

4.1.2 添加流表

sudo ovs-ofctl add-flow <bridge_name> "<flow_rule>"

示例：

sudo ovs-ofctl add-flow br0 "in_port=1,actions=output:2"

4.1.3 删除流表

删除特定流表：

sudo ovs-ofctl del-flows <bridge_name> "<flow_rule>"

删除所有流表：
```
sudo ovs-ofctl del-flows <bridge_name>
```

示例：

删除所有流表：

sudo ovs-ofctl del-flows br0

4.2 流表匹配和动作

4.2.1 流表匹配字段

in_port：输入端口
dl_src：源 MAC 地址
dl_dst：目的 MAC 地址
dl_type：以太网类型（如 IPv4 为 0x0800）
nw_src：源 IP 地址
nw_dst：目的 IP 地址
tp_src：源端口号（TCP/UDP）
tp_dst：目的端口号（TCP/UDP）
ip_proto：IP 协议（如 TCP 为 6，UDP 为 17）
vlan_id：VLAN 标识
eth_type：以太网类型

4.2.2 流表动作

output:<port>：将数据包输出到指定端口
drop：丢弃数据包
normal：按正常的 L2/L3 转发
mod_vlan_vid:<vlan_id>：修改 VLAN ID
strip_vlan：去除 VLAN 标签
push_vlan:<ethertype>：添加 VLAN 标签
set_field:<value>-><field>：设置字段值

4.3 实例讲解

4.3.1 允许特定 IP 地址的流量

允许从源 IP 为 192.168.1.100 的流量通过：

sudo ovs-ofctl add-flow br0 "priority=100,nw_src=192.168.1.100,actions=normal"

4.3.2 阻止特定端口的流量

阻止所有访问 TCP 端口 80 的流量：

sudo ovs-ofctl add-flow br0 "priority=100,tp_dst=80,actions=drop"

4.3.3 基于 VLAN 的流量转发

将 VLAN 100 的流量转发到端口 2：

sudo ovs-ofctl add-flow br0 "priority=100,dl_vlan=100,actions=output:2"

4.3.4 基于 IP 的流量控制

允许特定 IP 地址的 HTTP 流量：

sudo ovs-ofctl add-flow br0 "priority=100,ip,nw_src=10.0.0.1,tp_dst=80,actions=output:2"

4.3.5 NAT 配置示例

OVS 本身不支持 NAT，但可以与外部工具（如 iptables）结合使用。以下是一个基本示例：

# 添加流规则，将来自内部网络的流量转发到外部
sudo ovs-ofctl add-flow br0 "in_port=1,ip,nw_src=10.0.0.0/24,actions=mod_nw_src:192.168.1.100,output:2"

注意：实际 NAT 配置需要结合 iptables 或其他 NAT 工具实现。

5. ovs-dpctl 命令详解

ovs-dpctl 用于管理 OVS 内核数据路径，包括查看和修改数据路径信息。

5.1 数据路径管理

5.1.1 列出数据路径

sudo ovs-dpctl show

5.1.2 添加数据路径

sudo ovs-dpctl add-dp <datapath_name>

示例：

sudo ovs-dpctl add-dp dp0

5.1.3 删除数据路径

sudo ovs-dpctl del-dp <datapath_name>

示例：

sudo ovs-dpctl del-dp dp0

5.1.4 查看数据路径中的端口

sudo ovs-dpctl dump-ports <datapath_name>

示例：

sudo ovs-dpctl dump-ports dp0

5.2 端口配置与管理

5.2.1 查看端口统计信息

sudo ovs-dpctl dump-ports-desc <datapath_name>

5.2.2 配置端口速率

sudo ovs-dpctl set <datapath_name> port <port_name> speed=<speed_in_mbps>

示例：

sudo ovs-dpctl set dp0 port eth1 speed=1000

注意：端口速率配置可能依赖于硬件支持。

6. ovs-appctl 命令详解

ovs-appctl 命令用于与 OVS 守护进程通信，进行调试和监控。

6.1 调试和监控

6.1.1 查看 OpenFlow 连接

sudo ovs-appctl bridge/dump-flows <bridge_name>

示例：

sudo ovs-appctl bridge/dump-flows br0

6.1.2 查看日志级别

sudo ovs-appctl vlog/list

6.1.3 设置日志级别

sudo ovs-appctl vlog/set <module>:<level>

示例：

将 ofproto 模块的日志级别设置为 dbg（debug）：

sudo ovs-appctl vlog/set ofproto:dbg

6.1.4 重启 OVS 守护进程

sudo ovs-appctl -t ovs-vswitchd exit
sudo ovs-appctl -t ovsdb-server exit

注意：这将停止 OVS 守护进程，系统会自动重新启动它们。

6.2 与外部 SDN 控制器集成

OVS 可以与多种 SDN 控制器集成，通过 ovs-appctl 配置控制器连接：

sudo ovs-vsctl set-controller <bridge_name> tcp:<controller_ip>:<controller_port>

示例：

连接到 OpenDaylight 控制器：

sudo ovs-vsctl set-controller br0 tcp:192.168.1.10:6633

7. 综合实例

7.1 创建桥接并添加端口

7.1.1 创建桥接 `br0`

sudo ovs-vsctl add-br br0

7.1.2 将物理网卡 `eth1` 添加到 `br0`

sudo ovs-vsctl add-port br0 eth1

7.1.3 创建内部接口 `int0` 并添加到 `br0`

sudo ovs-vsctl add-port br0 int0 -- set Interface int0 type=internal

7.2 配置 VLAN

7.2.1 将端口 `eth1` 配置为 Access VLAN 100

sudo ovs-vsctl set port eth1 tag=100

7.2.2 将端口 `eth2` 配置为 Trunk，允许 VLAN 100 和 200

sudo ovs-vsctl set port eth2 trunks=100,200

7.3 配置 GRE 隧道

7.3.1 在本地主机上创建 GRE 隧道接口

sudo ovs-vsctl add-port br0 gre0 -- set interface gre0 type=gre options:remote_ip=192.168.1.2

7.3.2 在远程主机上创建对应的 GRE 隧道接口

sudo ovs-vsctl add-port br0 gre0 -- set interface gre0 type=gre options:remote_ip=192.168.1.1

7.4 流量控制与 QoS

7.4.1 限制端口 `eth1` 的带宽为 10Mbps

sudo ovs-vsctl set port eth1 qos=@newqos -- \
--id=@newqos create QoS type=linux-htb other-config:max-rate=10000000 queues:0=@q0 -- \
--id=@q0 create Queue other-config:min-rate=10000000

7.5 配置 OpenFlow 流表

7.5.1 实现简单的 L2 转发

sudo ovs-ofctl add-flow br0 "priority=0,actions=flood"

7.5.2 根据源 MAC 地址转发

sudo ovs-ofctl add-flow br0 "priority=100,dl_src=00:11:22:33:44:55,actions=output:2"

7.5.3 配置 VLAN 转发

将 VLAN 100 的流量转发到端口 2：

sudo ovs-ofctl add-flow br0 "priority=100,dl_vlan=100,actions=output:2"

7.5.4 配置基于 IP 的流量控制

允许特定 IP 地址的 HTTP 流量：

sudo ovs-ofctl add-flow br0 "priority=100,ip,nw_src=10.0.0.1,tp_dst=80,actions=output:2"

8. 常见问题与解决方案

8.1 OVS 无法启动或服务异常

解决方案：

检查 OVS 服务状态：

sudo systemctl status openvswitch-switch

查看日志文件 /var/log/openvswitch/ovs-vswitchd.log 和 /var/log/openvswitch/ovsdb-server.log，查找错误信息。
确认内核模块已加载：
```
lsmod | grep openvswitch
```
如果未加载，可以手动加载：
```
sudo modprobe openvswitch
```
检查配置文件 /etc/openvswitch/conf.db 是否损坏，必要时恢复备份。

8.2 网络连接中断或数据包无法转发

解决方案：

检查桥接和端口配置是否正确：
```
sudo ovs-vsctl show
```

确认流表规则是否正确：

sudo ovs-ofctl dump-flows <bridge_name>

检查防火墙设置，确保相关端口未被阻塞。
确认物理接口是否正常工作：
```
ip link show <interface>
```
使用 tcpdump 或 wireshark 捕获数据包，分析流量路径。

8.3 流量限制不生效

解决方案：

确认 QoS 配置正确：

sudo ovs-vsctl list qos
sudo ovs-vsctl list queue

检查内核是否支持 htb 队列策略：
```
lsmod | grep sch_htb
```
如果未加载，可以手动加载：
```
sudo modprobe sch_htb
```
确认端口已正确关联 QoS 配置：
```
sudo ovs-vsctl list port <port_name>
```

使用 tc 命令进一步调试流量控制：

sudo tc -s qdisc show dev <interface>
sudo tc -s class show dev <interface>

8.4 无法与 SDN 控制器通信

解决方案：

检查控制器地址和端口是否正确配置：
```
sudo ovs-vsctl get-controller <bridge_name>
```

确认网络连接正常，控制器 IP 可达：

ping <controller_ip>
telnet <controller_ip> <controller_port>

查看 OVS 守护进程日志，查找连接错误：
```
sudo tail -f /var/log/openvswitch/ovs-vswitchd.log
```
确认防火墙未阻止控制器通信端口。

8.5 隧道接口无法建立

解决方案：

检查隧道配置是否正确，包括远程 IP 地址和隧道类型。
确认两端的网络连接正常，能够互相通信。
查看隧道接口状态：
```
ip link show <tunnel_interface>
```
确认相关的内核模块已加载（如 gre、vxlan）：
```
lsmod | grep gre
lsmod | grep vxlan
```
如果未加载，可以手动加载：
```
sudo modprobe gre
sudo modprobe vxlan
```

9. 性能优化与监控

9.1 性能优化

启用 DPDK：使用数据平面开发工具包（DPDK）可以显著提升 OVS 的性能，适用于高性能网络环境。
多核处理：配置 OVS 使用多个 CPU 核心，提高并发处理能力。
内存优化：确保系统有足够的内存，避免因内存不足导致的性能瓶颈。
调整流表：优化流表规则，减少不必要的匹配和动作，提高流量转发效率。
使用内核模块：确保使用高效的内核数据路径模块，如 systemd 和 kmod。

9.2 监控工具

OVS 内置监控：

使用 ovs-appctl 查看实时流量和性能指标：

sudo ovs-appctl dpif/show
sudo ovs-appctl ovs-vswitchd/poll <bridge_name>

集成 Prometheus：

使用 Prometheus 监控 OVS 性能，配合 Grafana 可视化展示。
第三方工具：
- Nagios/Zabbix：通过插件监控 OVS 服务状态和性能指标。
- Wireshark/tcpdump：捕获和分析网络流量，诊断网络问题。
- ELK Stack（Elasticsearch、Logstash、Kibana）：集中化日志管理与分析。

10. 总结

通过本指南，您应该对 Open vSwitch 的基本原理、安装与配置方法、主要命令的使用以及高级功能有了全面的了解。OVS 是一个功能强大的虚拟交换机，适用于构建复杂的网络拓扑和实现高级网络功能。熟练掌握 OVS 的使用，可以帮助您在虚拟化和云计算环境中实现高效、灵活和可管理的网络架构。

11. 附录：常用命令速查表

ovs-vsctl 命令

创建桥接：
```
sudo ovs-vsctl add-br <bridge_name>
```
删除桥接：
```
sudo ovs-vsctl del-br <bridge_name>
```

添加端口到桥接：

sudo ovs-vsctl add-port <bridge_name> <port_name>

设置端口 VLAN：

sudo ovs-vsctl set port <port_name> tag=<vlan_id>

配置 Trunk 端口：

sudo ovs-vsctl set port <port_name> trunks=<vlan_id_list>

创建隧道接口：

sudo ovs-vsctl add-port <bridge_name> <port_name> -- set interface <port_name> type=<tunnel_type> options:remote_ip=<remote_ip>

创建 LACP 端口组：

sudo ovs-vsctl add-bond <bridge_name> <bond_name> <slave_ports> lacp=active

ovs-ofctl 命令

查看流表：

sudo ovs-ofctl dump-flows <bridge_name>

添加流表：

sudo ovs-ofctl add-flow <bridge_name> "<flow_rule>"

删除流表：

sudo ovs-ofctl del-flows <bridge_name> "<flow_rule>"

ovs-dpctl 命令

查看数据路径：
```
sudo ovs-dpctl show
```
添加数据路径：
```
sudo ovs-dpctl add-dp <datapath_name>
```
删除数据路径：
```
sudo ovs-dpctl del-dp <datapath_name>
```

查看数据路径中的端口：

sudo ovs-dpctl dump-ports <datapath_name>

ovs-appctl 命令

查看日志级别：
```
sudo ovs-appctl vlog/list
```

设置日志级别：

sudo ovs-appctl vlog/set <module>:<level>

查看 OpenFlow 连接：

sudo ovs-appctl bridge/dump-flows <bridge_name>

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Open vSwitch (OVS) 全面指南：命令、操作与实例详解

目录

1. OVS 简介

什么是 Open vSwitch？

OVS 的主要特性

OVS 架构与工作原理

2. 安装与初始配置

2.1 安装 OVS

2.2 启动 OVS 服务

2.3 验证安装

2.4 配置 OVS 数据库（可选）

3. ovs-vsctl 命令详解

3.1 基本桥接操作

3.1.1 创建桥接

3.1.2 删除桥接

3.1.3 查看桥接

3.1.4 显示桥接详细信息

3.2 端口和接口管理

3.2.1 添加端口到桥接

3.2.2 从桥接中删除端口

3.2.3 列出桥接的所有端口

3.2.4 配置接口类型

3.2.5 配置端口速率限制（速率限制功能需要内核支持）

3.3 VLAN 配置

3.3.1 为端口设置 Access VLAN

3.3.2 配置 Trunk 端口

3.4 隧道配置

3.4.1 创建 GRE 隧道

3.4.2 创建 VXLAN 隧道

3.5 QoS 和流量控制

3.5.1 配置 QoS 规则

3.5.2 查看 QoS 配置

3.5.3 删除 QoS 配置

3.6 LACP 配置（链路聚合控制协议）

3.6.1 创建 LACP 端口组

3.6.2 删除 LACP 端口组

4. ovs-ofctl 命令详解

4.1 流表管理

4.1.1 查看流表

4.1.2 添加流表

4.1.3 删除流表

4.2 流表匹配和动作

4.2.1 流表匹配字段

4.2.2 流表动作

4.3 实例讲解

4.3.1 允许特定 IP 地址的流量

4.3.2 阻止特定端口的流量

4.3.3 基于 VLAN 的流量转发

4.3.4 基于 IP 的流量控制

4.3.5 NAT 配置示例

5. ovs-dpctl 命令详解

5.1 数据路径管理

5.1.1 列出数据路径

5.1.2 添加数据路径

5.1.3 删除数据路径

5.1.4 查看数据路径中的端口

5.2 端口配置与管理

5.2.1 查看端口统计信息

5.2.2 配置端口速率

6. ovs-appctl 命令详解

6.1 调试和监控

6.1.1 查看 OpenFlow 连接

6.1.2 查看日志级别

6.1.3 设置日志级别

6.1.4 重启 OVS 守护进程

6.2 与外部 SDN 控制器集成

7. 综合实例

7.1 创建桥接并添加端口

7.1.1 创建桥接 br0

7.1.2 将物理网卡 eth1 添加到 br0

7.1.3 创建内部接口 int0 并添加到 br0

7.2 配置 VLAN

7.2.1 将端口 eth1 配置为 Access VLAN 100

7.2.2 将端口 eth2 配置为 Trunk，允许 VLAN 100 和 200

7.3 配置 GRE 隧道

7.3.1 在本地主机上创建 GRE 隧道接口

7.3.2 在远程主机上创建对应的 GRE 隧道接口

7.4 流量控制与 QoS

7.4.1 限制端口 eth1 的带宽为 10Mbps

7.1.1 创建桥接 `br0`

7.1.2 将物理网卡 `eth1` 添加到 `br0`

7.1.3 创建内部接口 `int0` 并添加到 `br0`

7.2.1 将端口 `eth1` 配置为 Access VLAN 100

7.2.2 将端口 `eth2` 配置为 Trunk，允许 VLAN 100 和 200

7.4.1 限制端口 `eth1` 的带宽为 10Mbps