ovn/TODO

   1 * Flow match expression handling library.
   2
   3   ovn-controller is the primary user of flow match expressions, but
   4   the same syntax and I imagine the same code ought to be useful in
   5   ovn-nbd for ACL match expressions.
   6
   7 ** Definition of data structures to represent a match expression as a
   8    syntax tree.
   9
  10 ** Definition of data structures to represent variables (fields).
  11
  12    Fields need names and prerequisites.  Most fields are numeric and
  13    thus need widths.  We need also need a way to represent nominal
  14    fields (currently just logical port names).  It might be
  15    appropriate to associate fields directly with OXM/NXM code points;
  16    we have to decide whether we want OVN to use the OVS flow structure
  17    or work with OXM more directly.
  18
  19    Probably should be defined so that the data structure is also
  20    useful for references to fields in action parsing.
  21
  22 ** Lexical analysis.
  23
  24    Probably should be defined so that the lexer can be reused for
  25    parsing actions.
  26
  27 ** Parsing into syntax tree.
  28
  29 ** Semantic checking against variable definitions.
  30
  31 ** Applying prerequisites.
  32
  33 ** Simplification into conjunction-of-disjunctions (CoD) form.
  34
  35 ** Transformation from CoD form into OXM matches.
  36
  37 * ovn-controller
  38
  39 ** Flow table handling in ovn-controller.
  40
  41    ovn-controller has to transform logical datapath flows from the
  42    database into OpenFlow flows.
  43
  44 *** Definition (or choice) of data structure for flows and flow table.
  45
  46     It would be natural enough to use "struct flow" and "struct
  47     classifier" for this.  Maybe that is what we should do.  However,
  48     "struct classifier" is optimized for searches based on packet
  49     headers, whereas all we care about here can be implemented with a
  50     hash table.  Also, we may want to make it easy to add and remove
  51     support for fields without recompiling, which is not possible with
  52     "struct flow" or "struct classifier".
  53
  54     On the other hand, we may find that it is difficult to decide that
  55     two OXM flow matches are identical (to normalize them) without a
  56     lot of domain-specific knowledge that is already embedded in struct
  57     flow.  It's also going to be a pain to come up with a way to make
  58     anything other than "struct flow" work with the ofputil_*()
  59     functions for encoding and decoding OpenFlow.
  60
  61     It's also possible we could use struct flow without struct
  62     classifier.
  63
  64 *** Assembling conjunctive flows from flow match expressions.
  65
  66     This transformation explodes logical datapath flows into multiple
  67     OpenFlow flow table entries, since a flow match expression in CoD
  68     form requires several OpenFlow flow table entries.  It also
  69     requires merging together OpenFlow flow tables entries that contain
  70     "conjunction" actions (really just concatenating their actions).
  71
  72 *** Translating logical datapath port names into port numbers.
  73
  74     Logical ports are specified by name in logical datapath flows, but
  75     OpenFlow only works in terms of numbers.
  76
  77 *** Translating logical datapath actions into OpenFlow actions.
  78
  79     Some of the logical datapath actions do not have natural
  80     representations as OpenFlow actions: they require
  81     packet-in/packet-out round trips through ovn-controller.  The
  82     trickiest part of that is going to be making sure that the
  83     packet-out resumes the control flow that was broken off by the
  84     packet-in.  That's tricky; we'll probably have to restrict control
  85     flow or add OVS features to make resuming in general possible.  Not
  86     sure which is better at this point.
  87
  88 *** OpenFlow flow table synchronization.
  89
  90     The internal representation of the OpenFlow flow table has to be
  91     synced across the controller connection to OVS.  This probably
  92     boils down to the "flow monitoring" feature of OF1.4 which was then
  93     made available as a "standard extension" to OF1.3.  (OVS hasn't
  94     implemented this for OF1.4 yet, but the feature is based on a OVS
  95     extension to OF1.0, so it should be straightforward to add it.)
  96
  97     We probably need some way to catch cases where OVS and OVN don't
  98     see eye-to-eye on what exactly constitutes a flow, so that OVN
  99     doesn't waste a lot of CPU time hammering at OVS trying to install
 100     something that it's not going to do.
 101
 102 *** Logical/physical translation.
 103
 104     When a packet comes into the integration bridge, the first stage of
 105     processing needs to translate it from a physical to a logical
 106     context.  When a packet leaves the integration bridge, the final
 107     stage of processing needs to translate it back into a physical
 108     context.  ovn-controller needs to populate the OpenFlow flows
 109     tables to do these translations.
 110
 111 *** Determine how to split logical pipeline across physical nodes.
 112
 113     From the original OVN architecture document:
 114
 115     The pipeline processing is split between the ingress and egress
 116     transport nodes.  In particular, the logical egress processing may
 117     occur at either hypervisor.  Processing the logical egress on the
 118     ingress hypervisor requires more state about the egress vif's
 119     policies, but reduces traffic on the wire that would eventually be
 120     dropped.  Whereas, processing on the egress hypervisor can reduce
 121     broadcast traffic on the wire by doing local replication.  We
 122     initially plan to process logical egress on the egress hypervisor
 123     so that less state needs to be replicated.  However, we may change
 124     this behavior once we gain some experience writing the logical
 125     flows.
 126
 127     The split pipeline processing split will influence how tunnel keys
 128     are encoded.
 129
 130 ** Interaction with Open_vSwitch and OVN databases:
 131
 132 *** Monitor Chassis table in OVN.
 133
 134     Populate Port records for tunnels to other chassis into
 135     Open_vSwitch database.  As a scale optimization later on, one can
 136     populate only records for tunnels to other chassis that have
 137     logical networks in common with this one.
 138
 139 *** Monitor Pipeline table in OVN, trigger flow table recomputation on change.
 140
 141 ** ovn-controller parameters and configuration.
 142
 143 *** Tunnel encapsulation to publish.
 144
 145     Default: VXLAN? Geneve?
 146
 147 *** SSL configuration.
 148
 149     Can probably get this from Open_vSwitch database.
 150
 151 * ovn-nbd
 152
 153 ** Monitor OVN_Northbound database, trigger Pipeline recomputation on change.
 154
 155 ** Translate each OVN_Northbound entity into Pipeline logical datapath flows.
 156
 157    We have to first sit down and figure out what the general
 158    translation of each entity is.  The original OVN architecture
 159    description at
 160    http://openvswitch.org/pipermail/dev/2015-January/050380.html had
 161    some sketches of these, but they need to be completed and
 162    elaborated.
 163
 164    Initially, the simplest way to do this is probably to write
 165    straight C code to do a full translation of the entire
 166    OVN_Northbound database into the format for the Pipeline table in
 167    the OVN Southbound database.  As scale increases, this will probably
 168    be too inefficient since a small change in OVN_Northbound requires a
 169    full recomputation.  At that point, we probably want to adopt a more
 170    systematic approach, such as something akin to the "nlog" system used
 171    in NVP (see Koponen et al. "Network Virtualization in Multi-tenant
 172    Datacenters", NSDI 2014).
 173
 174 ** Push logical datapath flows to Pipeline table.
 175
 176 ** Monitor OVN Southbound database Bindings table.
 177
 178    Sync rows in the OVN Bindings table to the "up" column in the
 179    OVN_Northbound database.
 180
 181 * ovsdb-server
 182
 183   ovsdb-server should have adequate features for OVN but it probably
 184   needs work for scale and possibly for availability as deployments
 185   grow.  Here are some thoughts.
 186
 187   Andy Zhou is looking at these issues.
 188
 189 ** Scaling number of connections.
 190
 191    In typical use today a given ovsdb-server has only a single-digit
 192    number of simultaneous connections.  The OVN Southbound database will
 193    have a connection from every hypervisor.  This use case needs testing
 194    and probably coding work.  Here are some possible improvements.
 195
 196 *** Reducing amount of data sent to clients.
 197
 198     Currently, whenever a row monitored by a client changes,
 199     ovsdb-server sends the client every monitored column in the row,
 200     even if only one column changes.  It might be valuable to reduce
 201     this only to the columns that changes.
 202
 203     Also, whenever a column changes, ovsdb-server sends the entire
 204     contents of the column.  It might be valuable, for columns that
 205     are sets or maps, to send only added or removed values or
 206     key-values pairs.
 207
 208     Currently, clients monitor the entire contents of a table.  It
 209     might make sense to allow clients to monitor only rows that
 210     satisfy specific criteria, e.g. to allow an ovn-controller to
 211     receive only Pipeline rows for logical networks on its hypervisor.
 212
 213 *** Reducing redundant data and code within ovsdb-server.
 214
 215     Currently, ovsdb-server separately composes database update
 216     information to send to each of its clients.  This is fine for a
 217     small number of clients, but it wastes time and memory when
 218     hundreds of clients all want the same updates (as will be in the
 219     case in OVN).
 220
 221     (This is somewhat opposed to the idea of letting a client monitor
 222     only some rows in a table, since that would increase the diversity
 223     among clients.)
 224
 225 *** Multithreading.
 226
 227     If it turns out that other changes don't let ovsdb-server scale
 228     adequately, we can multithread ovsdb-server.  Initially one might
 229     only break protocol handling into separate threads, leaving the
 230     actual database work serialized through a lock.
 231
 232 ** Increasing availability.
 233
 234    Database availability might become an issue.  The OVN system
 235    shouldn't grind to a halt if the database becomes unavailable, but
 236    it would become impossible to bring VIFs up or down, etc.
 237
 238    My current thought on how to increase availability is to add
 239    clustering to ovsdb-server, probably via the Raft consensus
 240    algorithm.  As an experiment, I wrote an implementation of Raft
 241    for Open vSwitch that you can clone from:
 242
 243        https://github.com/blp/ovs-reviews.git raft
 244
 245 ** Reducing startup time.
 246
 247    As-is, if ovsdb-server restarts, every client will fetch a fresh
 248    copy of the part of the database that it cares about.  With
 249    hundreds of clients, this could cause heavy CPU load on
 250    ovsdb-server and use excessive network bandwidth.  It would be
 251    better to allow incremental updates even across connection loss.
 252    One way might be to use "Difference Digests" as described in
 253    Epstein et al., "What's the Difference? Efficient Set
 254    Reconciliation Without Prior Context".  (I'm not yet aware of
 255    previous non-academic use of this technique.)
 256
 257 * Miscellaneous:
 258
 259 ** Write ovn-nbctl utility.
 260
 261    The idea here is that we need a utility to act on the OVN_Northbound
 262    database in a way similar to a CMS, so that we can do some testing
 263    without an actual CMS in the picture.
 264
 265    No details yet.
 266
 267 ** Init scripts for ovn-controller (on HVs), ovn-nbd, OVN DB server.
 268
 269 ** Distribution packaging.
 270
 271 * Not yet scoped:
 272
 273 ** Neutron plugin.
 274
 275    This is being developed on OpenStack's development infrastructure
 276    to be along side most of the other Neutron plugins.
 277
 278    http://git.openstack.org/cgit/stackforge/networking-ovn
 279
 280    http://git.openstack.org/cgit/stackforge/networking-ovn/tree/doc/source/todo.rst
 281
 282 ** Gateways.