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实验3:OpenFlow协议分析实践

时间:2022-09-27 16:35:36浏览次数:48  
标签:控制器 struct OpenFlow 端口 实践 header ofp 交换机 实验

(一)基本要求

1. 搭建拓扑

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如图,用mininet搭建拓扑后并运行。注意mininet搭建拓扑时需要设置主机IP地址和全局IP base,否则会报错。而且应该先开启wireshark再运行搭建好的拓扑文件,否则抓不到hello包。

2. 抓包分析

· HELLO

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可以看出是从控制器的6633 端口到交换机的46224端口,最高支持OpenFlow 1.0 协议

1664196964671

之前有一次没抓PORT_STATUS包,再次实验抓到后却忘记截V6的图了,用之前的代替,理论上这里应该是从交换机的46224端口到控制器的6633 端口,最高支持OpenFlow 1.5 协议

于是双方约定用openflow 1.0协议进行通信

·Features Request/ Set Config

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从控制器的6633 端口到交换机的46224端口,代表控制器向交换机请求特征信息。

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从控制器的6633 端口到交换机的46224端口,控制器要求交换机按照他给的flag和max bytes of packet进行配置。flag:指示交换机如何处理 IP 分片数据包。max bytes of packet:当交换机无法处理到达的数据包时,向控制器发送如何处理的最大字节数,本实验中控制器发送的值是0x0080,即128字节。

·Port_Status

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用于当交换机端口发生变化时,告知控制器相应的端口状态。从控制器的6633 端口到交换机的46234端口

·FEATURES_REPLY

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从交换机的46224端口到控制器的6633 端口。交换机告知控制器它的特征信息。

·PACKET_IN

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从交换机46234端口到控制器6633端口(请求指示)。当1.不存在与流表项一致的项目时(table-miss)
2.匹配的流表项中记载的行动为“发送至Openflow控制器”会触发packet_in消息

·PACKET_OUT

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从控制器的6633 端口到交换机的46234端口。控制器要求交换机按照它指定的要求处理。

·FLOW_MOD

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从控制器的6633 端口到交换机的46234端口。控制器向交换机下发流表项,指导数据的转发处理。

·ECHO REQUEST/ECHO REPLY

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当没有其他的数据包进行交换时,交换机会定期循环给控制器发送OFPT_ECHO_REQUEST来确保与控制器的连接。控制器对交换机进行回应,确保连接没有问题。

3. 流程图

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4. 采用TCP协议

在这里插入图片描述

Transmission Control Protocol,即TCP协议

(二)进阶要求

·通用字段

/* Header on all OpenFlow packets. */
struct ofp_header {
    uint8_t version;    /* OFP_VERSION. */
    uint8_t type;       /* One of the OFPT_ constants. */
    uint16_t length;    /* Length including this ofp_header. */
    uint32_t xid;       /* Transaction id associated with this packet.
                           Replies use the same id as was in the request
                           to facilitate pairing. */
};

OpenFlow数据包头的通用字段,分别是版本号,消息类型,长度,ID

·HELLO

在这里插入图片描述

struct ofp_hello {
    struct ofp_header header;
};

HELLO报文用于协商协议,双方发送本方支持的最高版本的协议。最终会使用双方都支持的最低版本协议建立连接。type处会被置为OFPT_HELLO

·FEATURES REQUEST

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struct ofp_hello {
    struct ofp_header header;
};

结构与HELLO一致。

·Set Config

在这里插入图片描述

/* Switch configuration. */
struct ofp_switch_config {
    struct ofp_header header;
    uint16_t flags;             /* OFPC_* flags. */
    uint16_t miss_send_len;     /* Max bytes of new flow that datapath should send to the controller. */
};

除了通用的数据包头字段外,还有:
flags:告知交换机如何处理IP分片数据包
miss_send_len:一个交换机无法处理的数据包到达时,将数据包发给控制器的最大字节数

·PORT STATUS

在这里插入图片描述

/* A physical port has changed in the datapath */
struct ofp_port_status {
    struct ofp_header header;
    uint8_t reason;          /* One of OFPPR_*. */
    uint8_t pad[7];          /* Align to 64-bits. */
    struct ofp_phy_port desc;
};

当交换机端口发生变化时,告知控制器相应的端口状态。

·FEATURES_REPLY

在这里插入图片描述

/* Switch features. */
struct ofp_switch_features {
    struct ofp_header header;
    uint64_t datapath_id;   /* Datapath unique ID.  The lower 48-bits are for
                               a MAC address, while the upper 16-bits are
                               implementer-defined. */

    uint32_t n_buffers;     /* Max packets buffered at once. */

    uint8_t n_tables;       /* Number of tables supported by datapath. */
    uint8_t pad[3];         /* Align to 64-bits. */

    /* Features. */
    uint32_t capabilities;  /* Bitmap of support "ofp_capabilities". */
    uint32_t actions;       /* Bitmap of supported "ofp_action_type"s. */

    /* Port info.*/
    struct ofp_phy_port ports[0];  /* Port definitions.  The number of ports
                                      is inferred from the length field in
                                      the header. */
};

除了通用头文件,还多了:

datapath_id:唯一标识符;
n_buffers:交换机缓冲区可以
缓存的最大数据包个数;
n_tables:流表数量;
pad:可以理解为填充值;
capabilities:支持的特殊功能;
actions:支持的动作;
port data:物理端口描述列表。

·PACKET_IN

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enum ofp_packet_in_reason {
    OFPR_NO_MATCH,          /* No matching flow. */
    OFPR_ACTION             /* Action explicitly output to controller. */
};

/* Packet received on port (datapath -> controller). */
struct ofp_packet_in {
    struct ofp_header header;
    uint32_t buffer_id;     /* ID assigned by datapath. */
    uint16_t total_len;     /* Full length of frame. */
    uint16_t in_port;       /* Port on which frame was received. */
    uint8_t reason;         /* Reason packet is being sent (one of OFPR_*) */
    uint8_t pad;
    uint8_t data[0];        /* Ethernet frame, halfway through 32-bit word,
                               so the IP header is 32-bit aligned.  The
                               amount of data is inferred from the length
                               field in the header.  Because of padding,
                               offsetof(struct ofp_packet_in, data) ==
                               sizeof(struct ofp_packet_in) - 2. */
};

当1.不存在与流表项一致的项目时(table-miss)
2.匹配的流表项中记载的行动为“发送至Openflow控制器”会触发packet_in消息

·PACKET_OUT

在这里插入图片描述

/* Send packet (controller -> datapath). */
struct ofp_packet_out {
    struct ofp_header header;
    uint32_t buffer_id;           /* ID assigned by datapath (-1 if none). */
    uint16_t in_port;             /* Packet's input port (OFPP_NONE if none). */
    uint16_t actions_len;         /* Size of action array in bytes. */
    struct ofp_action_header actions[0]; /* Actions. */
    /* uint8_t data[0]; */        /* Packet data.  The length is inferred
                                     from the length field in the header.
                                     (Only meaningful if buffer_id == -1.) */
};

除通用头文件,还包括动作列表、缓冲区ID,进入的端口。

·FLOW_MOD

在这里插入图片描述

/* Flow setup and teardown (controller -> datapath). */
struct ofp_flow_mod {
    struct ofp_header header;
    struct ofp_match match;      /* Fields to match */
    uint64_t cookie;             /* Opaque controller-issued identifier. */

    /* Flow actions. */
    uint16_t command;             /* One of OFPFC_*. */
    uint16_t idle_timeout;        /* Idle time before discarding (seconds). */
    uint16_t hard_timeout;        /* Max time before discarding (seconds). */
    uint16_t priority;            /* Priority level of flow entry. */
    uint32_t buffer_id;           /* Buffered packet to apply to (or -1).
                                     Not meaningful for OFPFC_DELETE*. */
    uint16_t out_port;            /* For OFPFC_DELETE* commands, require
                                     matching entries to include this as an
                                     output port.  A value of OFPP_NONE
                                     indicates no restriction. */
    uint16_t flags;               /* One of OFPFF_*. */
    struct ofp_action_header actions[0]; /* The action length is inferred
                                            from the length field in the
                                            header. */
};

包含一些cookie,命令(command有0-4五种操作)。

个人总结

​ 本次实验难度不大。但实验过程中确实也遇到了一些困难,一开始用miniedit编辑时忘了设置IP base,导致出错,漏了一些包没收到。后来用miniedit编辑好拓扑后直接点Run运行,虽然pingall等连通性测试都挺好的,但就是抓不到PORT_STATUS的包,目前还是不清楚为什么会这样。后来是保存为py文件后用sudo python再来抓包,就顺利抓到了所有种类的包。

​ 本次实验让我体会到了sdn中是如何实现数据转发与路由控制的分离。数据转发不单单由switch操控,而是引入了controller来指导数据转发。除此之外,在分析源码的过程中,我也更深入地了解了openflow中各种消息的数据结构,了解了openflow中主要的消息类型。

标签:控制器,struct,OpenFlow,端口,实践,header,ofp,交换机,实验
From: https://www.cnblogs.com/032002134yjd/p/16734989.html

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