LLDP(链路层发现协议)和OpenFlow

1.LLDP(链路层发现协议)机制

链路层发现协议(LLDP)是一个厂商无关的二层协议,它允许网络设备在本地子网中通告自己的设备标识和性能。它提供了一种标准的链路层发现方式。LLDP协议使得接入网络的一台设备的主要能力,管理地址,设备标识,接口标识等信息发送给同一个局域网的其他设备,当一个设备从网络中接收到其它设备的信息时,就将这些信息以MIB的形式存储起来。

1.1 LLDP结构

LLDP是一个信息发现与通告协议,LLDP的实体中维护了两个MIB库(管理信息库),一个local system MIB,用于维护本地相关设备MIB信息,一个remote system MIB,用于维护远端设备MIB信息。
LLDP通过PTOPO MIB、Enitity MIB、Interface MIB、Other MIB等库来维护local system MIB,并将本地的相关信息通告。当接收到其他设备的信息时就将其更新到remote system MIB中。


LLDP结构.png

1.2 LLDP帧格式

1.2.1 Ethernet II格式封装的LLDP帧

组播地址(DA) 设备的以太网地址(SA) 0x88cc(以太网类型) LLDPDU(DATA+PAD) FCS

各个字段的含义:

  • DA:目的MAC地址,为固定组播地址0x0180-C200-000E
  • SA:源MAC地址,为端口MAC地址或设备MAC地址。
  • Type:帧类型,为0x88cc。
  • data:数据,为LLDPDU.
  • FCS:帧检验

SNAP(子网访问协议)格式封装的LLDP帧

组播地址(DA) 设备的以太网地址(SA) 0xAAAA-0300-0000-88CC(以太网类型) LLDPDU(DATA+PAD) FCS

各个字段的含义:

  • DA:目的MAC地址,为固定组播地址0x0180-C200-000E
  • SA:源MAC地址,为端口MAC地址或设备MAC地址。
  • Type:帧类型,为0xAAAA-0300-0000-88CC。
  • data:数据,为LLDPDU.
  • FCS:帧检验

注:两者的差别在于LLDPDU部分,第一种封装格式为固定1500字节,第二种封装为n 字节。

1.3 三种组播以太网地址

名称 数值 说明
Nearest Bridge 01-80-C2-00-00-0E 任何类型的网桥都不能转发目的地址为该地址的帧,目的地址为该地址的帧被限制在连接两个网桥接口的连接上传输。
Nearest non-TPMR Bridge 01-80-C2-00-00-03 对于目地地址为该地址的帧,Two-Port MAC Relay (TPMR)组件将成为一个中继器,即不接收它。而S-VLAN组件,C-VLAN组件,以及802.1D网桥不能转发它,而是需要进行接收并处理。因此目地地址为该地址的帧将跨越TPMR。
Nearest Customer Bridge 01-80-C2-00-00-00 最近客户桥代理,对于目地地址为该地址的帧,Two-Port MAC Relay (TPMR)组件以及S-VLAN组件将成为中继器,即不接收它。而C-VLAN组件,以及802.1D网桥不能转发它,而是需要进行接收并处理。因此目地地址为该地址的帧将跨越TPMR以及S-VLAN。

LLDP中作为目标地址使用的以太网地址为全局性组播地址。

名称 数值 说明
Nearest Bridge 01-80-C2-00-00-0E 任何类型的网桥都不能转发目的地址为该地址的帧,目的地址为该地址的帧被限制在连接两个网桥接口的连接上传输。
Nearest non-TPMR Bridge 01-80-C2-00-00-03 对于目地地址为该地址的帧,Two-Port MAC Relay (TPMR)组件将成为一个中继器,即不接收它。而S-VLAN组件,C-VLAN组件,以及802.1D网桥不能转发它,而是需要进行接收并处理。因此目地地址为该地址的帧将跨越TPMR。
Nearest Customer Bridge 01-80-C2-00-00-00 最近客户桥代理,对于目地地址为该地址的帧,Two-Port MAC Relay (TPMR)组件以及S-VLAN组件将成为中继器,即不接收它。而C-VLAN组件,以及802.1D网桥不能转发它,而是需要进行接收并处理。因此目地地址为该地址的帧将跨越TPMR以及S-VLAN。

1.4 LLDPDU格式

LLDP帧的有效载荷部分称为LLDPDU。在组成LLDPDU之前,设备先将本地信息封装成TLV格式,再由若干个TLV组合成一个LLDPDU封装在LLDP报文的数据部分传输。

LLDPDU格式如下:

Chassis ID TLV Port ID TLV Time To Live TLV Optional TLV --- Optional TLV End Of LLDUDU TLV
  • Chassis ID TLV:用于描述设备信息。
  • Port ID TLV:描述发送端口信息。
  • Time To Live TLV:表示该LLDPDU有效时间
  • End Of LLDUDU TLV:作为LLDPDU结尾。
    以上四种只能各存在一个,不能存在多个。且必须存在。

TLV是处理数据包的协议经常采用的结构。在LLDPDU中,开始部分的标签(Tag)是表示该TLV类型的TLV Type,之后是数据长度(Length),最后是数据内容(Value)。

Tag Length Value

基本TLV种类:

数值 名称 说明
0 End Of LLDUDU 必备,在LLDPDU最后必须配置的TLV
1 Chassis ID 必备,包含设备信息
2 Port ID 必备,包含发送端口信息
3 TTL 必备,表示LLDPDU中所记载信息的有效期限
4 Port Description RFC 2863的ifDescr对象
5 System Name RFC 3418的sysName对象
6 System Description RFC 3418的sysDcscr对象
7 System Capabilities 包含以比特的形式表现的显示桥接功能的标记
8 Management Address 提供更高位服务的管理地址
9-126 - 为将来实现标准化预留
127 Organizationally Specific TLVs 用于独自扩展的TLV

1.5 LLDP工作机制

1.5.1 LLDP的工作模式

LLDP有以下四种工作模式:

  • TxRx:既发送也接收LLDP报文。
  • Tx:只发送不接收LLDP报文。
  • Rx:只接收不发送LLDP报文。
  • Disable:既不发送也不接收LLDP报文。

当端口的LLDP工作模式发生变化时,端口将对协议状态机进行初始化操作。为了避免端口工作模式频繁改变而导致端口不断执行初始化操作,可配置端口初始化延迟时间,当端口工作模式改变时延迟一段时间再执行初始化操作。

1.5.2 LLDP报文的发送机制

当端口工作在TxRx或Tx模式时,设备会周期性地向邻居设备发送LLDP报文。如果设备的本地配置发生变化则立即发送LLDP报文,以将本地信息的变化情况尽快通知给邻居设备。但为了防止本地信息的频繁变化而引起LLDP报文的大量发送,每发送一个LLDP报文后都需延迟一段时间后再继续发送下一个报文。

当设备的工作模式由Disable/Rx切换为TxRx/Tx,或者发现了新的邻居设备(即收到一个新的LLDP报文且本地尚未保存发送该报文设备的信息)时,该设备将自动启用快速发送机制,即将LLDP报文的发送周期缩短为1秒,并连续发送指定数量的LLDP报文后再恢复为正常的发送周期。

1.5.3 LLDP报文的接收机制

当端口工作在TxRx或Rx模式时,设备会对收到的LLDP报文及其携带的TLV进行有效性检查,通过检查后再将邻居信息保存到本地,并根据TTL(Time To Live,生存时间) TLV中TTL的值来设置邻居信息在本地设备上的老化时间,若该值为零,则立刻老化该邻居信息。

2.OpenFlow中LLDP的处理概要

在OpenFlow中,主要通过OpenFlow控制器完成LLDP处理。
如下图所示,

  1. OpenFlow控制器向OpenFlow交换机2发送Packet-Out消息,以此来发送LLDP帧。
  2. OpenFlow交换机2通过OpenFlow交换机1上连接的网络接口发送包含packet-Out消息中的LLDP帧。
  3. OpenFlow交换机1接收来自openflow交换机2的LLDP帧后,将LLDP帧添加到Packet-In消息中,然后发送给OpenFlow控制器,OpenFlow控制器依据OpenFlow交换机1发来的Packet-In消息中所包含的信息,构建网络拓扑检测的数据库。
OpenFlow中LLDP处理.png

OpenFlow交换机不对LLDP帧做任何处理,而是由OpenFlow控制器进行网络拓扑检测。

LLDP与OpenFlow二者之间的关系仅仅是在OpenFlow框架内运用LLDP,即使OpenFlow规范中并未标明LLDP,该规范也支持LLDP,但并不意味着必须要用LLDP来进行网络拓扑检测,同样,利用IS-IS或OSPF也能实现网络拓扑检测。

参考:

  1. H3C<LLDP技术介绍>
  2. Huawei LLDP技术白皮书
  3. 《 图解OpenFlow协议》

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