9892ff0aa77c9a2bf3ac689b24018d8e6089738d
[cascardo/ovs.git] / ovn / ovn-sb.xml
1 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
2 <database name="ovn-sb" title="OVN Southbound Database">
3   <p>
4     This database holds logical and physical configuration and state for the
5     Open Virtual Network (OVN) system to support virtual network abstraction.
6     For an introduction to OVN, please see <code>ovn-architecture</code>(7).
7   </p>
8
9   <p>
10     The OVN Southbound database sits at the center of the OVN
11     architecture.  It is the one component that speaks both southbound
12     directly to all the hypervisors and gateways, via
13     <code>ovn-controller</code>/<code>ovn-controller-vtep</code>, and
14     northbound to the Cloud Management System, via <code>ovn-northd</code>:
15   </p>
16
17   <h2>Database Structure</h2>
18
19   <p>
20     The OVN Southbound database contains three classes of data with
21     different properties, as described in the sections below.
22   </p>
23
24   <h3>Physical Network (PN) data</h3>
25
26   <p>
27     PN tables contain information about the chassis nodes in the system.  This
28     contains all the information necessary to wire the overlay, such as IP
29     addresses, supported tunnel types, and security keys.
30   </p>
31
32   <p>
33     The amount of PN data is small (O(n) in the number of chassis) and it
34     changes infrequently, so it can be replicated to every chassis.
35   </p>
36
37   <p>
38     The <ref table="Chassis"/> table comprises the PN tables.
39   </p>
40
41   <h3>Logical Network (LN) data</h3>
42
43   <p>
44     LN tables contain the topology of logical switches and routers, ACLs,
45     firewall rules, and everything needed to describe how packets traverse a
46     logical network, represented as logical datapath flows (see Logical
47     Datapath Flows, below).
48   </p>
49
50   <p>
51     LN data may be large (O(n) in the number of logical ports, ACL rules,
52     etc.).  Thus, to improve scaling, each chassis should receive only data
53     related to logical networks in which that chassis participates.  Past
54     experience shows that in the presence of large logical networks, even
55     finer-grained partitioning of data, e.g. designing logical flows so that
56     only the chassis hosting a logical port needs related flows, pays off
57     scale-wise.  (This is not necessary initially but it is worth bearing in
58     mind in the design.)
59   </p>
60
61   <p>
62     The LN is a slave of the cloud management system running northbound of OVN.
63     That CMS determines the entire OVN logical configuration and therefore the
64     LN's content at any given time is a deterministic function of the CMS's
65     configuration, although that happens indirectly via the
66     <ref db="OVN_Northbound"/> database and <code>ovn-northd</code>.
67   </p>
68
69   <p>
70     LN data is likely to change more quickly than PN data.  This is especially
71     true in a container environment where VMs are created and destroyed (and
72     therefore added to and deleted from logical switches) quickly.
73   </p>
74
75   <p>
76     <ref table="Logical_Flow"/> and <ref table="Multicast_Group"/> contain LN
77     data.
78   </p>
79
80   <h3>Bindings data</h3>
81
82   <p>
83     Bindings data link logical and physical components.  They show the current
84     placement of logical components (such as VMs and VIFs) onto chassis, and
85     map logical entities to the values that represent them in tunnel
86     encapsulations.
87   </p>
88
89   <p>
90     Bindings change frequently, at least every time a VM powers up or down
91     or migrates, and especially quickly in a container environment.  The
92     amount of data per VM (or VIF) is small.
93   </p>
94
95   <p>
96     Each chassis is authoritative about the VMs and VIFs that it hosts at any
97     given time and can efficiently flood that state to a central location, so
98     the consistency needs are minimal.
99   </p>
100
101   <p>
102     The <ref table="Port_Binding"/> and <ref table="Datapath_Binding"/> tables
103     contain binding data.
104   </p>
105
106   <h2>Common Columns</h2>
107
108   <p>
109     Some tables contain a special column named <code>external_ids</code>.  This
110     column has the same form and purpose each place that it appears, so we
111     describe it here to save space later.
112   </p>
113
114   <dl>
115     <dt><code>external_ids</code>: map of string-string pairs</dt>
116     <dd>
117       Key-value pairs for use by the software that manages the OVN Southbound
118       database rather than by
119       <code>ovn-controller</code>/<code>ovn-controller-vtep</code>.  In
120       particular, <code>ovn-northd</code> can use key-value pairs in this
121       column to relate entities in the southbound database to higher-level
122       entities (such as entities in the OVN Northbound database).  Individual
123       key-value pairs in this column may be documented in some cases to aid
124       in understanding and troubleshooting, but the reader should not mistake
125       such documentation as comprehensive.
126     </dd>
127   </dl>
128
129   <table name="Chassis" title="Physical Network Hypervisor and Gateway Information">
130     <p>
131       Each row in this table represents a hypervisor or gateway (a chassis) in
132       the physical network (PN).  Each chassis, via
133       <code>ovn-controller</code>/<code>ovn-controller-vtep</code>, adds
134       and updates its own row, and keeps a copy of the remaining rows to
135       determine how to reach other hypervisors.
136     </p>
137
138     <p>
139       When a chassis shuts down gracefully, it should remove its own row.
140       (This is not critical because resources hosted on the chassis are equally
141       unreachable regardless of whether the row is present.)  If a chassis
142       shuts down permanently without removing its row, some kind of manual or
143       automatic cleanup is eventually needed; we can devise a process for that
144       as necessary.
145     </p>
146
147     <column name="name">
148       A chassis name, taken from <ref key="system-id" table="Open_vSwitch"
149       column="external_ids" db="Open_vSwitch"/> in the Open_vSwitch
150       database's <ref table="Open_vSwitch" db="Open_vSwitch"/> table.  OVN does
151       not prescribe a particular format for chassis names.
152     </column>
153
154     <group title="Encapsulation Configuration">
155       <p>
156         OVN uses encapsulation to transmit logical dataplane packets
157         between chassis.
158       </p>
159
160       <column name="encaps">
161         Points to supported encapsulation configurations to transmit
162         logical dataplane packets to this chassis.  Each entry is a <ref
163         table="Encap"/> record that describes the configuration.
164       </column>
165     </group>
166
167      <group title="Gateway Configuration">
168        <p>
169         A <dfn>gateway</dfn> is a chassis that forwards traffic between the
170         OVN-managed part of a logical network and a physical VLAN, extending a
171         tunnel-based logical network into a physical network.  Gateways are
172         typically dedicated nodes that do not host VMs and will be controlled
173         by <code>ovn-controller-vtep</code>.
174       </p>
175
176       <column name="vtep_logical_switches">
177         Stores all VTEP logical switch names connected by this gateway
178         chassis.  The <ref table="Port_Binding"/> table entry with
179         <ref column="options" table="Port_Binding"/>:<code>vtep-physical-switch</code>
180         equal <ref table="Chassis"/> <ref column="name" table="Chassis"/>, and
181         <ref column="options" table="Port_Binding"/>:<code>vtep-logical-switch</code>
182         value in <ref table="Chassis"/>
183         <ref column="vtep_logical_switches" table="Chassis"/>, will be
184         associated with this <ref table="Chassis"/>.
185       </column>
186      </group>
187   </table>
188
189   <table name="Encap" title="Encapsulation Types">
190     <p>
191       The <ref column="encaps" table="Chassis"/> column in the <ref
192       table="Chassis"/> table refers to rows in this table to identify
193       how OVN may transmit logical dataplane packets to this chassis.
194       Each chassis, via <code>ovn-controller</code>(8) or
195       <code>ovn-controller-vtep</code>(8), adds and updates its own rows
196       and keeps a copy of the remaining rows to determine how to reach
197       other chassis.
198     </p>
199
200     <column name="type">
201       The encapsulation to use to transmit packets to this chassis.
202       Hypervisors must use either <code>geneve</code> or
203       <code>stt</code>.  Gateways may use <code>vxlan</code>,
204       <code>geneve</code>, or <code>stt</code>.
205     </column>
206
207     <column name="options">
208       Options for configuring the encapsulation, e.g. IPsec parameters when
209       IPsec support is introduced.  No options are currently defined.
210     </column>
211
212     <column name="ip">
213       The IPv4 address of the encapsulation tunnel endpoint.
214     </column>
215   </table>
216
217   <table name="Logical_Flow" title="Logical Network Flows">
218     <p>
219       Each row in this table represents one logical flow.
220       <code>ovn-northd</code> populates this table with logical flows
221       that implement the L2 and L3 topologies specified in the
222       <ref db="OVN_Northbound"/> database.  Each hypervisor, via
223       <code>ovn-controller</code>, translates the logical flows into
224       OpenFlow flows specific to its hypervisor and installs them into
225       Open vSwitch.
226     </p>
227
228     <p>
229       Logical flows are expressed in an OVN-specific format, described here.  A
230       logical datapath flow is much like an OpenFlow flow, except that the
231       flows are written in terms of logical ports and logical datapaths instead
232       of physical ports and physical datapaths.  Translation between logical
233       and physical flows helps to ensure isolation between logical datapaths.
234       (The logical flow abstraction also allows the OVN centralized
235       components to do less work, since they do not have to separately
236       compute and push out physical flows to each chassis.)
237     </p>
238
239     <p>
240       The default action when no flow matches is to drop packets.
241     </p>
242
243     <p><em>Logical Life Cycle of a Packet</em></p>
244
245     <p>
246       This following description focuses on the life cycle of a packet through
247       a logical datapath, ignoring physical details of the implementation.
248       Please refer to <em>Life Cycle of a Packet</em> in
249       <code>ovn-architecture</code>(7) for the physical information.
250     </p>
251
252     <p>
253       The description here is written as if OVN itself executes these steps,
254       but in fact OVN (that is, <code>ovn-controller</code>) programs Open
255       vSwitch, via OpenFlow and OVSDB, to execute them on its behalf.
256     </p>
257
258     <p>
259       At a high level, OVN passes each packet through the logical datapath's
260       logical ingress pipeline, which may output the packet to one or more
261       logical port or logical multicast groups.  For each such logical output
262       port, OVN passes the packet through the datapath's logical egress
263       pipeline, which may either drop the packet or deliver it to the
264       destination.  Between the two pipelines, outputs to logical multicast
265       groups are expanded into logical ports, so that the egress pipeline only
266       processes a single logical output port at a time.  Between the two
267       pipelines is also where, when necessary, OVN encapsulates a packet in a
268       tunnel (or tunnels) to transmit to remote hypervisors.
269     </p>
270
271     <p>
272       In more detail, to start, OVN searches the <ref table="Logical_Flow"/>
273       table for a row with correct <ref column="logical_datapath"/>, a <ref
274       column="pipeline"/> of <code>ingress</code>, a <ref column="table_id"/>
275       of 0, and a <ref column="match"/> that is true for the packet.  If none
276       is found, OVN drops the packet.  If OVN finds more than one, it chooses
277       the match with the highest <ref column="priority"/>.  Then OVN executes
278       each of the actions specified in the row's <ref table="actions"/> column,
279       in the order specified.  Some actions, such as those to modify packet
280       headers, require no further details.  The <code>next</code> and
281       <code>output</code> actions are special.
282     </p>
283
284     <p>
285       The <code>next</code> action causes the above process to be repeated
286       recursively, except that OVN searches for <ref column="table_id"/> of 1
287       instead of 0.  Similarly, any <code>next</code> action in a row found in
288       that table would cause a further search for a <ref column="table_id"/> of
289       2, and so on.  When recursive processing completes, flow control returns
290       to the action following <code>next</code>.
291     </p>
292
293     <p>
294       The <code>output</code> action also introduces recursion.  Its effect
295       depends on the current value of the <code>outport</code> field.  Suppose
296       <code>outport</code> designates a logical port.  First, OVN compares
297       <code>inport</code> to <code>outport</code>; if they are equal, it treats
298       the <code>output</code> as a no-op.  In the common case, where they are
299       different, the packet enters the egress pipeline.  This transition to the
300       egress pipeline discards register data, e.g. <code>reg0</code>
301       ... <code>reg5</code>, to achieve uniform behavior regardless of whether
302       the egress pipeline is on a different hypervisor (because registers
303       aren't preserve across tunnel encapsulation).
304     </p>
305
306     <p>
307       To execute the egress pipeline, OVN again searches the <ref
308       table="Logical_Flow"/> table for a row with correct <ref
309       column="logical_datapath"/>, a <ref column="table_id"/> of 0, a <ref
310       column="match"/> that is true for the packet, but now looking for a <ref
311       column="pipeline"/> of <code>egress</code>.  If no matching row is found,
312       the output becomes a no-op.  Otherwise, OVN executes the actions for the
313       matching flow (which is chosen from multiple, if necessary, as already
314       described).
315     </p>
316
317     <p>
318       In the <code>egress</code> pipeline, the <code>next</code> action acts as
319       already described, except that it, of course, searches for
320       <code>egress</code> flows.  The <code>output</code> action, however, now
321       directly outputs the packet to the output port (which is now fixed,
322       because <code>outport</code> is read-only within the egress pipeline).
323     </p>
324
325     <p>
326       The description earlier assumed that <code>outport</code> referred to a
327       logical port.  If it instead designates a logical multicast group, then
328       the description above still applies, with the addition of fan-out from
329       the logical multicast group to each logical port in the group.  For each
330       member of the group, OVN executes the logical pipeline as described, with
331       the logical output port replaced by the group member.
332     </p>
333
334     <p><em>Pipeline Stages</em></p>
335
336     <p>
337       <code>ovn-northd</code> is responsible for populating the
338       <ref table="Logical_Flow"/> table, so the stages are an
339       implementation detail and subject to change.  This section
340       describes the current logical flow table.
341     </p>
342
343     <p>
344       The ingress pipeline consists of the following stages:
345     </p>
346     <ul>
347       <li>
348         Port Security (Table 0): Validates the source address, drops
349         packets with a VLAN tag, and, if configured, verifies that the
350         logical port is allowed to send with the source address.
351       </li>
352
353       <li>
354         L2 Destination Lookup (Table 1): Forwards known unicast
355         addresses to the appropriate logical port.  Unicast packets to
356         unknown hosts are forwarded to logical ports configured with the
357         special <code>unknown</code> mac address.  Broadcast, and
358         multicast are flooded to all ports in the logical switch.
359       </li>
360     </ul>
361
362     <p>
363       The egress pipeline consists of the following stages:
364     </p>
365     <ul>
366       <li>
367         ACL (Table 0): Applies any specified access control lists.
368       </li>
369
370       <li>
371         Port Security (Table 1): If configured, verifies that the
372         logical port is allowed to receive packets with the destination
373         address.
374       </li>
375     </ul>
376
377     <column name="logical_datapath">
378       The logical datapath to which the logical flow belongs.
379     </column>
380
381     <column name="pipeline">
382       <p>
383         The primary flows used for deciding on a packet's destination are the
384         <code>ingress</code> flows.  The <code>egress</code> flows implement
385         ACLs.  See <em>Logical Life Cycle of a Packet</em>, above, for details.
386       </p>
387     </column>
388
389     <column name="table_id">
390       The stage in the logical pipeline, analogous to an OpenFlow table number.
391     </column>
392
393     <column name="priority">
394       The flow's priority.  Flows with numerically higher priority take
395       precedence over those with lower.  If two logical datapath flows with the
396       same priority both match, then the one actually applied to the packet is
397       undefined.
398     </column>
399
400     <column name="match">
401       <p>
402         A matching expression.  OVN provides a superset of OpenFlow matching
403         capabilities, using a syntax similar to Boolean expressions in a
404         programming language.
405       </p>
406
407       <p>
408         The most important components of match expression are
409         <dfn>comparisons</dfn> between <dfn>symbols</dfn> and
410         <dfn>constants</dfn>, e.g. <code>ip4.dst == 192.168.0.1</code>,
411         <code>ip.proto == 6</code>, <code>arp.op == 1</code>, <code>eth.type ==
412         0x800</code>.  The logical AND operator <code>&amp;&amp;</code> and
413         logical OR operator <code>||</code> can combine comparisons into a
414         larger expression.
415       </p>
416
417       <p>
418         Matching expressions also support parentheses for grouping, the logical
419         NOT prefix operator <code>!</code>, and literals <code>0</code> and
420         <code>1</code> to express ``false'' or ``true,'' respectively.  The
421         latter is useful by itself as a catch-all expression that matches every
422         packet.
423       </p>
424
425       <p><em>Symbols</em></p>
426
427       <p>
428         <em>Type</em>.  Symbols have <dfn>integer</dfn> or <dfn>string</dfn>
429         type.  Integer symbols have a <dfn>width</dfn> in bits.
430       </p>
431
432       <p>
433         <em>Kinds</em>.  There are three kinds of symbols:
434       </p>
435
436       <ul>
437         <li>
438           <p>
439             <dfn>Fields</dfn>.  A field symbol represents a packet header or
440             metadata field.  For example, a field
441             named <code>vlan.tci</code> might represent the VLAN TCI field in a
442             packet.
443           </p>
444
445           <p>
446             A field symbol can have integer or string type.  Integer fields can
447             be nominal or ordinal (see <em>Level of Measurement</em>,
448             below).
449           </p>
450         </li>
451
452         <li>
453           <p>
454             <dfn>Subfields</dfn>.  A subfield represents a subset of bits from
455             a larger field.  For example, a field <code>vlan.vid</code> might
456             be defined as an alias for <code>vlan.tci[0..11]</code>.  Subfields
457             are provided for syntactic convenience, because it is always
458             possible to instead refer to a subset of bits from a field
459             directly.
460           </p>
461
462           <p>
463             Only ordinal fields (see <em>Level of Measurement</em>,
464             below) may have subfields.  Subfields are always ordinal.
465           </p>
466         </li>
467
468         <li>
469           <p>
470             <dfn>Predicates</dfn>.  A predicate is shorthand for a Boolean
471             expression.  Predicates may be used much like 1-bit fields.  For
472             example, <code>ip4</code> might expand to <code>eth.type ==
473             0x800</code>.  Predicates are provided for syntactic convenience,
474             because it is always possible to instead specify the underlying
475             expression directly.
476           </p>
477
478           <p>
479             A predicate whose expansion refers to any nominal field or
480             predicate (see <em>Level of Measurement</em>, below) is nominal;
481             other predicates have Boolean level of measurement.
482           </p>
483         </li>
484       </ul>
485
486       <p>
487         <em>Level of Measurement</em>.  See
488         http://en.wikipedia.org/wiki/Level_of_measurement for the statistical
489         concept on which this classification is based.  There are three
490         levels:
491       </p>
492
493       <ul>
494         <li>
495           <p>
496             <dfn>Ordinal</dfn>.  In statistics, ordinal values can be ordered
497             on a scale.  OVN considers a field (or subfield) to be ordinal if
498             its bits can be examined individually.  This is true for the
499             OpenFlow fields that OpenFlow or Open vSwitch makes ``maskable.''
500           </p>
501
502           <p>
503             Any use of a nominal field may specify a single bit or a range of
504             bits, e.g. <code>vlan.tci[13..15]</code> refers to the PCP field
505             within the VLAN TCI, and <code>eth.dst[40]</code> refers to the
506             multicast bit in the Ethernet destination address.
507           </p>
508
509           <p>
510             OVN supports all the usual arithmetic relations (<code>==</code>,
511             <code>!=</code>, <code>&lt;</code>, <code>&lt;=</code>,
512             <code>&gt;</code>, and <code>&gt;=</code>) on ordinal fields and
513             their subfields, because OVN can implement these in OpenFlow and
514             Open vSwitch as collections of bitwise tests.
515           </p>
516         </li>
517
518         <li>
519           <p>
520             <dfn>Nominal</dfn>.  In statistics, nominal values cannot be
521             usefully compared except for equality.  This is true of OpenFlow
522             port numbers, Ethernet types, and IP protocols are examples: all of
523             these are just identifiers assigned arbitrarily with no deeper
524             meaning.  In OpenFlow and Open vSwitch, bits in these fields
525             generally aren't individually addressable.
526           </p>
527
528           <p>
529             OVN only supports arithmetic tests for equality on nominal fields,
530             because OpenFlow and Open vSwitch provide no way for a flow to
531             efficiently implement other comparisons on them.  (A test for
532             inequality can be sort of built out of two flows with different
533             priorities, but OVN matching expressions always generate flows with
534             a single priority.)
535           </p>
536
537           <p>
538             String fields are always nominal.
539           </p>
540         </li>
541
542         <li>
543           <p>
544             <dfn>Boolean</dfn>.  A nominal field that has only two values, 0
545             and 1, is somewhat exceptional, since it is easy to support both
546             equality and inequality tests on such a field: either one can be
547             implemented as a test for 0 or 1.
548           </p>
549
550           <p>
551             Only predicates (see above) have a Boolean level of measurement.
552           </p>
553
554           <p>
555             This isn't a standard level of measurement.
556           </p>
557         </li>
558       </ul>
559
560       <p>
561         <em>Prerequisites</em>.  Any symbol can have prerequisites, which are
562         additional condition implied by the use of the symbol.  For example,
563         For example, <code>icmp4.type</code> symbol might have prerequisite
564         <code>icmp4</code>, which would cause an expression <code>icmp4.type ==
565         0</code> to be interpreted as <code>icmp4.type == 0 &amp;&amp;
566         icmp4</code>, which would in turn expand to <code>icmp4.type == 0
567         &amp;&amp; eth.type == 0x800 &amp;&amp; ip4.proto == 1</code> (assuming
568         <code>icmp4</code> is a predicate defined as suggested under
569         <em>Types</em> above).
570       </p>
571
572       <p><em>Relational operators</em></p>
573
574       <p>
575         All of the standard relational operators <code>==</code>,
576         <code>!=</code>, <code>&lt;</code>, <code>&lt;=</code>,
577         <code>&gt;</code>, and <code>&gt;=</code> are supported.  Nominal
578         fields support only <code>==</code> and <code>!=</code>, and only in a
579         positive sense when outer <code>!</code> are taken into account,
580         e.g. given string field <code>inport</code>, <code>inport ==
581         "eth0"</code> and <code>!(inport != "eth0")</code> are acceptable, but
582         not <code>inport != "eth0"</code>.
583       </p>
584
585       <p>
586         The implementation of <code>==</code> (or <code>!=</code> when it is
587         negated), is more efficient than that of the other relational
588         operators.
589       </p>
590
591       <p><em>Constants</em></p>
592
593       <p>
594         Integer constants may be expressed in decimal, hexadecimal prefixed by
595         <code>0x</code>, or as dotted-quad IPv4 addresses, IPv6 addresses in
596         their standard forms, or Ethernet addresses as colon-separated hex
597         digits.  A constant in any of these forms may be followed by a slash
598         and a second constant (the mask) in the same form, to form a masked
599         constant.  IPv4 and IPv6 masks may be given as integers, to express
600         CIDR prefixes.
601       </p>
602
603       <p>
604         String constants have the same syntax as quoted strings in JSON (thus,
605         they are Unicode strings).
606       </p>
607
608       <p>
609         Some operators support sets of constants written inside curly braces
610         <code>{</code> ... <code>}</code>.  Commas between elements of a set,
611         and after the last elements, are optional.  With <code>==</code>,
612         ``<code><var>field</var> == { <var>constant1</var>,
613         <var>constant2</var>,</code> ... <code>}</code>'' is syntactic sugar
614         for ``<code><var>field</var> == <var>constant1</var> ||
615         <var>field</var> == <var>constant2</var> || </code>...<code></code>.
616         Similarly, ``<code><var>field</var> != { <var>constant1</var>,
617         <var>constant2</var>, </code>...<code> }</code>'' is equivalent to
618         ``<code><var>field</var> != <var>constant1</var> &amp;&amp;
619         <var>field</var> != <var>constant2</var> &amp;&amp;
620         </code>...<code></code>''.
621       </p>
622
623       <p><em>Miscellaneous</em></p>
624
625       <p>
626         Comparisons may name the symbol or the constant first,
627         e.g. <code>tcp.src == 80</code> and <code>80 == tcp.src</code> are both
628         acceptable.
629       </p>
630
631       <p>
632         Tests for a range may be expressed using a syntax like <code>1024 &lt;=
633         tcp.src &lt;= 49151</code>, which is equivalent to <code>1024 &lt;=
634         tcp.src &amp;&amp; tcp.src &lt;= 49151</code>.
635       </p>
636
637       <p>
638         For a one-bit field or predicate, a mention of its name is equivalent
639         to <code><var>symobl</var> == 1</code>, e.g. <code>vlan.present</code>
640         is equivalent to <code>vlan.present == 1</code>.  The same is true for
641         one-bit subfields, e.g. <code>vlan.tci[12]</code>.  There is no
642         technical limitation to implementing the same for ordinal fields of all
643         widths, but the implementation is expensive enough that the syntax
644         parser requires writing an explicit comparison against zero to make
645         mistakes less likely, e.g. in <code>tcp.src != 0</code> the comparison
646         against 0 is required.
647       </p>
648
649       <p>
650         <em>Operator precedence</em> is as shown below, from highest to lowest.
651         There are two exceptions where parentheses are required even though the
652         table would suggest that they are not: <code>&amp;&amp;</code> and
653         <code>||</code> require parentheses when used together, and
654         <code>!</code> requires parentheses when applied to a relational
655         expression.  Thus, in <code>(eth.type == 0x800 || eth.type == 0x86dd)
656         &amp;&amp; ip.proto == 6</code> or <code>!(arp.op == 1)</code>, the
657         parentheses are mandatory.
658       </p>
659
660       <ul>
661         <li><code>()</code></li>
662         <li><code>==   !=   &lt;   &lt;=   &gt;   &gt;=</code></li>
663         <li><code>!</code></li>
664         <li><code>&amp;&amp;   ||</code></li>
665       </ul>
666
667       <p>
668         <em>Comments</em> may be introduced by <code>//</code>, which extends
669         to the next new-line.  Comments within a line may be bracketed by
670         <code>/*</code> and <code>*/</code>.  Multiline comments are not
671         supported.
672       </p>
673
674       <p><em>Symbols</em></p>
675
676       <p>
677         Most of the symbols below have integer type.  Only <code>inport</code>
678         and <code>outport</code> have string type.  <code>inport</code> names a
679         logical port.  Thus, its value is a <ref column="logical_port"/> name
680         from the <ref table="Port_Binding"/> table.  <code>outport</code> may
681         name a logical port, as <code>inport</code>, or a logical multicast
682         group defined in the <ref table="Multicast_Group"/> table.  For both
683         symbols, only names within the flow's logical datapath may be used.
684       </p>
685
686       <ul>
687         <li><code>reg0</code>...<code>reg5</code></li>
688         <li><code>inport</code> <code>outport</code></li>
689         <li><code>eth.src</code> <code>eth.dst</code> <code>eth.type</code></li>
690         <li><code>vlan.tci</code> <code>vlan.vid</code> <code>vlan.pcp</code> <code>vlan.present</code></li>
691         <li><code>ip.proto</code> <code>ip.dscp</code> <code>ip.ecn</code> <code>ip.ttl</code> <code>ip.frag</code></li>
692         <li><code>ip4.src</code> <code>ip4.dst</code></li>
693         <li><code>ip6.src</code> <code>ip6.dst</code> <code>ip6.label</code></li>
694         <li><code>arp.op</code> <code>arp.spa</code> <code>arp.tpa</code> <code>arp.sha</code> <code>arp.tha</code></li>
695         <li><code>tcp.src</code> <code>tcp.dst</code> <code>tcp.flags</code></li>
696         <li><code>udp.src</code> <code>udp.dst</code></li>
697         <li><code>sctp.src</code> <code>sctp.dst</code></li>
698         <li><code>icmp4.type</code> <code>icmp4.code</code></li>
699         <li><code>icmp6.type</code> <code>icmp6.code</code></li>
700         <li><code>nd.target</code> <code>nd.sll</code> <code>nd.tll</code></li>
701       </ul>
702
703       <p>
704         The following predicates are supported:
705       </p>
706
707       <ul>
708         <li><code>vlan.present</code> expands to <code>vlan.tci[12]</code></li>
709         <li><code>ip4</code> expands to <code>eth.type == 0x800</code></li>
710         <li><code>ip6</code> expands to <code>eth.type == 0x86dd</code></li>
711         <li><code>ip</code> expands to <code>ip4 || ip6</code></li>
712         <li><code>icmp4</code> expands to <code>ip4 &amp;&amp; ip.proto == 1</code></li>
713         <li><code>icmp6</code> expands to <code>ip6 &amp;&amp; ip.proto == 58</code></li>
714         <li><code>icmp</code> expands to <code>icmp4 || icmp6</code></li>
715         <li><code>ip.is_frag</code> expands to <code>ip.frag[0]</code></li>
716         <li><code>ip.later_frag</code> expands to <code>ip.frag[1]</code></li>
717         <li><code>ip.first_frag</code> expands to <code>ip.is_frag &amp;&amp; !ip.later_frag</code></li>
718         <li><code>arp</code> expands to <code>eth.type == 0x806</code></li>
719         <li><code>nd</code> expands to <code>icmp6.type == {135, 136} &amp;&amp; icmp6.code == 0</code></li>
720         <li><code>tcp</code> expands to <code>ip.proto == 6</code></li>
721         <li><code>udp</code> expands to <code>ip.proto == 17</code></li>
722         <li><code>sctp</code> expands to <code>ip.proto == 132</code></li>
723       </ul>
724     </column>
725
726     <column name="actions">
727       <p>
728         Logical datapath actions, to be executed when the logical flow
729         represented by this row is the highest-priority match.
730       </p>
731
732       <p>
733         Actions share lexical syntax with the <ref column="match"/> column.  An
734         empty set of actions (or one that contains just white space or
735         comments), or a set of actions that consists of just
736         <code>drop;</code>, causes the matched packets to be dropped.
737         Otherwise, the column should contain a sequence of actions, each
738         terminated by a semicolon.
739       </p>
740
741       <p>
742         The following actions are defined:
743       </p>
744
745       <dl>
746         <dt><code>output;</code></dt>
747         <dd>
748           <p>
749             In the ingress pipeline, this action executes the
750             <code>egress</code> pipeline as a subroutine.  If
751             <code>outport</code> names a logical port, the egress pipeline
752             executes once; if it is a multicast group, the egress pipeline runs
753             once for each logical port in the group.
754           </p>
755
756           <p>
757             In the egress pipeline, this action performs the actual
758             output to the <code>outport</code> logical port.  (In the egress
759             pipeline, <code>outport</code> never names a multicast group.)
760           </p>
761
762           <p>
763             Output to the input port is implicitly dropped, that is,
764             <code>output</code> becomes a no-op if <code>outport</code> ==
765             <code>inport</code>.
766           </p>
767         </dd>
768
769         <dt><code>next;</code></dt>
770         <dt><code>next(<var>table</var>);</code></dt>
771         <dd>
772           Executes another logical datapath table as a subroutine.  By default,
773           the table after the current one is executed.  Specify
774           <var>table</var> to jump to a specific table in the same pipeline.
775         </dd>
776
777         <dt><code><var>field</var> = <var>constant</var>;</code></dt>
778         <dd>
779           <p>
780             Sets data or metadata field <var>field</var> to constant value
781             <var>constant</var>, e.g. <code>outport = "vif0";</code> to set the
782             logical output port.  To set only a subset of bits in a field,
783             specify a subfield for <var>field</var> or a masked
784             <var>constant</var>, e.g. one may use <code>vlan.pcp[2] = 1;</code>
785             or <code>vlan.pcp = 4/4;</code> to set the most sigificant bit of
786             the VLAN PCP.
787           </p>
788
789           <p>
790             Assigning to a field with prerequisites implicitly adds those
791             prerequisites to <ref column="match"/>; thus, for example, a flow
792             that sets <code>tcp.dst</code> applies only to TCP flows,
793             regardless of whether its <ref column="match"/> mentions any TCP
794             field.
795           </p>
796
797           <p>
798             Not all fields are modifiable (e.g. <code>eth.type</code> and
799             <code>ip.proto</code> are read-only), and not all modifiable fields
800             may be partially modified (e.g. <code>ip.ttl</code> must assigned
801             as a whole).  The <code>outport</code> field is modifiable in the
802             <code>ingress</code> pipeline but not in the <code>egress</code>
803             pipeline.
804           </p>
805         </dd>
806
807         <dt><code><var>field1</var> = <var>field2</var>;</code></dt>
808         <dd>
809           <p>
810             Sets data or metadata field <var>field1</var> to the value of data
811             or metadata field <var>field2</var>, e.g. <code>reg0 =
812             ip4.src;</code> copies <code>ip4.src</code> into <code>reg0</code>.
813             To modify only a subset of a field's bits, specify a subfield for
814             <var>field1</var> or <var>field2</var> or both, e.g. <code>vlan.pcp
815             = reg0[0..2];</code> copies the least-significant bits of
816             <code>reg0</code> into the VLAN PCP.
817           </p>
818
819           <p>
820             <var>field1</var> and <var>field2</var> must be the same type,
821             either both string or both integer fields.  If they are both
822             integer fields, they must have the same width.
823           </p>
824
825           <p>
826             If <var>field1</var> or <var>field2</var> has prerequisites, they
827             are added implicitly to <ref column="match"/>.  It is possible to
828             write an assignment with contradictory prerequisites, such as
829             <code>ip4.src = ip6.src[0..31];</code>, but the contradiction means
830             that a logical flow with such an assignment will never be matched.
831           </p>
832         </dd>
833
834         <dt><code><var>field1</var> &lt;-&gt; <var>field2</var>;</code></dt>
835         <dd>
836           <p>
837             Similar to <code><var>field1</var> = <var>field2</var>;</code>
838             except that the two values are exchanged instead of copied.  Both
839             <var>field1</var> and <var>field2</var> must modifiable.
840           </p>
841         </dd>
842       </dl>
843
844       <p>
845         The following actions will likely be useful later, but they have not
846         been thought out carefully.
847       </p>
848
849       <dl>
850         <dt><code>learn</code></dt>
851
852         <dt><code>conntrack</code></dt>
853
854         <dt><code>dec_ttl { <var>action</var>, </code>...<code> } { <var>action</var>; </code>...<code>};</code></dt>
855         <dd>
856           decrement TTL; execute first set of actions if
857           successful, second set if TTL decrement fails
858         </dd>
859
860         <dt><code>icmp_reply { <var>action</var>, </code>...<code> };</code></dt>
861         <dd>generate ICMP reply from packet, execute <var>action</var>s</dd>
862
863         <dt><code>arp { <var>action</var>, </code>...<code> }</code></dt>
864         <dd>generate ARP from packet, execute <var>action</var>s</dd>
865       </dl>
866     </column>
867
868     <column name="external_ids" key="stage-name">
869       Human-readable name for this flow's stage in the pipeline.
870     </column>
871
872     <group title="Common Columns">
873       The overall purpose of these columns is described under <code>Common
874       Columns</code> at the beginning of this document.
875
876       <column name="external_ids"/>
877     </group>
878   </table>
879
880   <table name="Multicast_Group" title="Logical Port Multicast Groups">
881     <p>
882       The rows in this table define multicast groups of logical ports.
883       Multicast groups allow a single packet transmitted over a tunnel to a
884       hypervisor to be delivered to multiple VMs on that hypervisor, which
885       uses bandwidth more efficiently.
886     </p>
887
888     <p>
889       Each row in this table defines a logical multicast group numbered <ref
890       column="tunnel_key"/> within <ref column="datapath"/>, whose logical
891       ports are listed in the <ref column="ports"/> column.
892     </p>
893
894     <column name="datapath">
895       The logical datapath in which the multicast group resides.
896     </column>
897
898     <column name="tunnel_key">
899       The value used to designate this logical egress port in tunnel
900       encapsulations.  An index forces the key to be unique within the <ref
901       column="datapath"/>.  The unusual range ensures that multicast group IDs
902       do not overlap with logical port IDs.
903     </column>
904
905     <column name="name">
906       <p>
907         The logical multicast group's name.  An index forces the name to be
908         unique within the <ref column="datapath"/>.  Logical flows in the
909         ingress pipeline may output to the group just as for individual logical
910         ports, by assigning the group's name to <code>outport</code> and
911         executing an <code>output</code> action.
912       </p>
913
914       <p>
915         Multicast group names and logical port names share a single namespace
916         and thus should not overlap (but the database schema cannot enforce
917         this).  To try to avoid conflicts, <code>ovn-northd</code> uses names
918         that begin with <code>_MC_</code>.
919       </p>
920     </column>
921
922     <column name="ports">
923       The logical ports included in the multicast group.  All of these ports
924       must be in the <ref column="datapath"/> logical datapath (but the
925       database schema cannot enforce this).
926     </column>
927   </table>
928
929   <table name="Datapath_Binding" title="Physical-Logical Datapath Bindings">
930     <p>
931       Each row in this table identifies physical bindings of a logical
932       datapath.  A logical datapath implements a logical pipeline among the
933       ports in the <ref table="Port_Binding"/> table associated with it.  In
934       practice, the pipeline in a given logical datapath implements either a
935       logical switch or a logical router.
936     </p>
937
938     <column name="tunnel_key">
939       The tunnel key value to which the logical datapath is bound.
940       The <code>Tunnel Encapsulation</code> section in
941       <code>ovn-architecture</code>(7) describes how tunnel keys are
942       constructed for each supported encapsulation.
943     </column>
944
945     <column name="external_ids" key="logical-switch" type='{"type": "uuid"}'>
946       Each row in <ref table="Datapath_Binding"/> is associated with some
947       logical datapath.  <code>ovn-northd</code> uses this key to store the
948       UUID of the logical datapath <ref table="Logical_Switch"
949       db="OVN_Northbound"/> row in the <ref db="OVN_Northbound"/> database.
950     </column>
951
952     <group title="Common Columns">
953       The overall purpose of these columns is described under <code>Common
954       Columns</code> at the beginning of this document.
955
956       <column name="external_ids"/>
957     </group>
958   </table>
959
960   <table name="Port_Binding" title="Physical-Logical Port Bindings">
961     <p>
962       Each row in this table identifies the physical location of a logical
963       port.
964     </p>
965
966     <p>
967       For every <code>Logical_Port</code> record in <code>OVN_Northbound</code>
968       database, <code>ovn-northd</code> creates a record in this table.
969       <code>ovn-northd</code> populates and maintains every column except
970       the <code>chassis</code> column, which it leaves empty in new records.
971     </p>
972
973     <p>
974       <code>ovn-controller</code>/<code>ovn-controller-vtep</code>
975       populates the <code>chassis</code> column for the records that
976       identify the logical ports that are located on its hypervisor/gateway,
977       which <code>ovn-controller</code>/<code>ovn-controller-vtep</code> in
978       turn finds out by monitoring the local hypervisor's Open_vSwitch
979       database, which identifies logical ports via the conventions described
980       in <code>IntegrationGuide.md</code>.
981     </p>
982
983     <p>
984       When a chassis shuts down gracefully, it should clean up the
985       <code>chassis</code> column that it previously had populated.
986       (This is not critical because resources hosted on the chassis are equally
987       unreachable regardless of whether their rows are present.)  To handle the
988       case where a VM is shut down abruptly on one chassis, then brought up
989       again on a different one,
990       <code>ovn-controller</code>/<code>ovn-controller-vtep</code> must
991       overwrite the <code>chassis</code> column with new information.
992     </p>
993
994     <group title="Core Features">
995       <column name="datapath">
996         The logical datapath to which the logical port belongs.
997       </column>
998
999       <column name="logical_port">
1000         A logical port, taken from <ref table="Logical_Port" column="name"
1001         db="OVN_Northbound"/> in the OVN_Northbound database's <ref
1002         table="Logical_Port" db="OVN_Northbound"/> table.  OVN does not
1003         prescribe a particular format for the logical port ID.
1004       </column>
1005
1006       <column name="chassis">
1007         The physical location of the logical port.  To successfully identify a
1008         chassis, this column must be a <ref table="Chassis"/> record.  This is
1009         populated by
1010         <code>ovn-controller</code>/<code>ovn-controller-vtep</code>.
1011       </column>
1012
1013       <column name="tunnel_key">
1014         <p>
1015           A number that represents the logical port in the key (e.g. STT key or
1016           Geneve TLV) field carried within tunnel protocol packets.
1017         </p>
1018
1019         <p>
1020           The tunnel ID must be unique within the scope of a logical datapath.
1021         </p>
1022       </column>
1023
1024       <column name="mac">
1025         <p>
1026           The Ethernet address or addresses used as a source address on the
1027           logical port, each in the form
1028           <var>xx</var>:<var>xx</var>:<var>xx</var>:<var>xx</var>:<var>xx</var>:<var>xx</var>.
1029           The string <code>unknown</code> is also allowed to indicate that the
1030           logical port has an unknown set of (additional) source addresses.
1031         </p>
1032
1033         <p>
1034           A VM interface would ordinarily have a single Ethernet address.  A
1035           gateway port might initially only have <code>unknown</code>, and then
1036           add MAC addresses to the set as it learns new source addresses.
1037         </p>
1038       </column>
1039
1040       <column name="type">
1041         <p>
1042           A type for this logical port.  Logical ports can be used to model other
1043           types of connectivity into an OVN logical switch.  The following types
1044           are defined:
1045         </p>
1046
1047         <dl>
1048           <dt>(empty string)</dt>
1049           <dd>VM (or VIF) interface.</dd>
1050           <dt><code>localnet</code></dt>
1051           <dd>
1052             A connection to a locally accessible network from each
1053             <code>ovn-controller</code> instance.  A logical switch can only
1054             have a single <code>localnet</code> port attached and at most one
1055             regular logical port.  This is used to model direct connectivity to
1056             an existing network.
1057           </dd>
1058
1059           <dt><code>vtep</code></dt>
1060           <dd>
1061             A port to a logical switch on a VTEP gateway chassis.  In order to
1062             get this port correctly recognized by the OVN controller, the <ref
1063             column="options"
1064             table="Port_Binding"/>:<code>vtep-physical-switch</code> and <ref
1065             column="options"
1066             table="Port_Binding"/>:<code>vtep-logical-switch</code> must also
1067             be defined.
1068           </dd>
1069         </dl>
1070       </column>
1071     </group>
1072
1073     <group title="Localnet Options">
1074       <p>
1075         These options apply to logical ports with <ref column="type"/> of
1076         <code>localnet</code>.
1077       </p>
1078
1079       <column name="options" key="network_name">
1080         Required.  <code>ovn-controller</code> uses the configuration entry
1081         <code>ovn-bridge-mappings</code> to determine how to connect to this
1082         network.  <code>ovn-bridge-mappings</code> is a list of network names
1083         mapped to a local OVS bridge that provides access to that network.  An
1084         example of configuring <code>ovn-bridge-mappings</code> would be:
1085
1086         <pre>$ ovs-vsctl set open . external-ids:ovn-bridge-mappings=physnet1:br-eth0,physnet2:br-eth1</pre>
1087
1088         <p>
1089           When a logical switch has a <code>localnet</code> port attached,
1090           every chassis that may have a local vif attached to that logical
1091           switch must have a bridge mapping configured to reach that
1092           <code>localnet</code>.  Traffic that arrives on a
1093           <code>localnet</code> port is never forwarded over a tunnel to
1094           another chassis.
1095         </p>
1096       </column>
1097
1098       <column name="tag">
1099         If set, indicates that the port represents a connection to a specific
1100         VLAN on a locally accessible network. The VLAN ID is used to match
1101         incoming traffic and is also added to outgoing traffic.
1102       </column>
1103     </group>
1104
1105     <group title="VTEP Options">
1106       <p>
1107         These options apply to logical ports with <ref column="type"/> of
1108         <code>vtep</code>.
1109       </p>
1110
1111       <column name="options" key="vtep-physical-switch">
1112         Required. The name of the VTEP gateway.
1113       </column>
1114
1115       <column name="options" key="vtep-logical-switch">
1116         Required.  A logical switch name connected by the VTEP gateway.  Must
1117         be set when <ref column="type"/> is <code>vtep</code>.
1118       </column>
1119     </group>
1120
1121     <group title="Nested Containers">
1122       <p>
1123         These columns support containers nested within a VM.  Specifically,
1124         they are used when <ref column="type"/> is empty and <ref
1125         column="logical_port"/> identifies the interface of a container spawned
1126         inside a VM.  They are empty for containers or VMs that run directly on
1127         a hypervisor.
1128       </p>
1129
1130       <column name="parent_port">
1131         This is taken from
1132         <ref table="Logical_Port" column="parent_name" db="OVN_Northbound"/>
1133         in the OVN_Northbound database's <ref table="Logical_Port"
1134         db="OVN_Northbound"/> table.
1135       </column>
1136
1137       <column name="tag">
1138         <p>
1139           Identifies the VLAN tag in the network traffic associated with that
1140           container's network interface.
1141         </p>
1142
1143         <p>
1144           This column is used for a different purpose when <ref column="type"/>
1145           is <code>localnet</code> (see <code>Localnet Options</code>, above).
1146         </p>
1147       </column>
1148     </group>
1149   </table>
1150 </database>