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实验3：OpenFlow协议分析实践

 

一、实验目的

1.能够运用 wireshark 对 OpenFlow 协议数据交互过程进行抓包；
2.能够借助包解析工具，分析与解释 OpenFlow协议的数据包交互过程与机制。

二、实验环境

Ubuntu 20.04 Desktop amd64

三、实验要求

（一）基本要求

1.搭建下图所示拓扑，完成相关 IP 配置，并实现主机与主机之间的 IP 通信。用抓包软件获取控制器与交换机之间的通信数据。

主机 IP地址
h1 192.168.0.101/24
h2 192.168.0.102/24
h3 192.168.0.103/24
h4 192.168.0.104/24
2.查看抓包结果，分析OpenFlow协议中交换机与控制器的消息交互过程，画出相关交互图或流程图。
3.回答问题：交换机与控制器建立通信时是使用TCP协议还是UDP协议？

（二）进阶要求

将抓包基础要求第2步的抓包结果对照OpenFlow源码，了解OpenFlow主要消息类型对应的数据结构定义。

（三）实验报告

拓扑的创建代码以及开启Wireshark运行：

#!/usr/bin/env python

from mininet.net import Mininet
from mininet.node import Controller, RemoteController, OVSController
from mininet.node import CPULimitedHost, Host, Node
from mininet.node import OVSKernelSwitch, UserSwitch
from mininet.node import IVSSwitch
from mininet.cli import CLI
from mininet.log import setLogLevel, info
from mininet.link import TCLink, Intf
from subprocess import call

def myNetwork():

    net = Mininet( topo=None,
                   build=False,
                   ipBase='10.0.0.0/8')

    info( '*** Adding controller\n' )
    c0=net.addController(name='c0',
                      controller=Controller,
                      protocol='tcp',
                      port=6633)

    info( '*** Add switches\n')
    s1 = net.addSwitch('s1', cls=OVSKernelSwitch)
    s2 = net.addSwitch('s2', cls=OVSKernelSwitch)

    info( '*** Add hosts\n')
    h1 = net.addHost('h1', cls=Host, ip='192.168.0.101', defaultRoute=None)
    h2 = net.addHost('h2', cls=Host, ip='192.168.0.102', defaultRoute=None)
    h3 = net.addHost('h3', cls=Host, ip='192.168.0.103', defaultRoute=None)
    h4 = net.addHost('h4', cls=Host, ip='192.168.0.104', defaultRoute=None)

    info( '*** Add links\n')
    net.addLink(h1, s1)
    net.addLink(h2, s1)
    net.addLink(s1, s2)
    net.addLink(s2, h4)
    net.addLink(s2, h3)

    info( '*** Starting network\n')
    net.build()
    info( '*** Starting controllers\n')
    for controller in net.controllers:
        controller.start()

    info( '*** Starting switches\n')
    net.get('s1').start([c0])
    net.get('s2').start([c0])

    info( '*** Post configure switches and hosts\n')

    CLI(net)
    net.stop()

if __name__ == '__main__':
    setLogLevel( 'info' )
    myNetwork()

 

 

 

抓包分析过程：

hello
控制器6633端口（我最高能支持OpenFlow 1.0） ---> 交换机43652端口

 

 

于是双方建立连接，并使用OpenFlow 1.0

Features Request / Set Conig
控制器6633端口（我需要你的特征信息） ---> 交换机43652端口

 

 

控制器6633端口（请按照我给你的flag和max bytes of packet进行配置） --->
交换机43652端口

 

 

Port_Status
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
交换机43662端口（这是我的特征信息，请查收） ---> 控制器6633端

 

 

Packet_in
交换机43652端口（有数据包进来，请指示）--- 控制器6633端口
分析抓取的数据包，可以发现是因为交换机发现此时自己并没有匹配的流表（Reason:
No matching flow (table-miss flow entry) (0)），所以要问控制器如何处理
• 有两种情况：
• 交换机查找流表，发现没有匹配条目时
• 有匹配条目但是对应的action是OUTPUT=CONTROLLER时

 

 

Flow_mod
分析抓取的flow_mod数据包，控制器通过6633端口向交换机43652端口、交换机43662端口
下发流表项，指导数据的转发处理
Flow_mod
分析抓取的flow_mod数据包，控制器通过6633端口向交换机43652端口、交换机43662端口
下发流表项，指导数据的转发处理

 

 

Packet_out
控制器6633端口（请按照我给你的action进行处理） ---> 交换机43652端口

 

 

 

交换机与控制器建立通信时是使用TCP协议：

 

 

个人总结：

控制器和交换机根据OpenFlow协议进行数据建立，生成和转发，首先控制器会与交换机互相发送hello包，建立连接，连接建立后，控制器会收集交换机的特征信息，当交换机端口信息发生变化时会发送会发送features reply告知控制器，此时控制器会给交换机发送流表，当OpenFlow交换机收到流表会匹配里面的目标网络，如果没有就packet_in发送给控制器，让控制器来转发数据，控制器收到packet_in之后，会发送flow_mod数据包流表项给交换机，交换机按流表项处理，packet_out数据包是控制器发送给交换机，按照指示进行转发数据。

 

实验1：SDN拓扑实践

一、实验目的

1. 能够使用源码安装Mininet；
2. 能够使用Mininet的可视化工具生成拓扑；
3. 能够使用Mininet的命令行生成特定拓扑；
4. 能够使用Mininet交互界面管理SDN拓扑；
5. 能够使用Python脚本构建SDN拓扑。

二、实验环境

Ubuntu 20.04 Desktop amd64

三、实验要求

（一）基本要求

1. 使用Mininet可视化工具，生成下图所示的拓扑，并保存拓扑文件名为学号.py。
   

    

    

2. 使用Mininet的命令行生成如下拓扑：
   a) 3台交换机，每个交换机连接1台主机，3台交换机连接成一条线。

    

    

   b) 3台主机，每个主机都连接到同1台交换机上。 

    

   3.在2 b)的基础上，在Mininet交互界面上新增1台主机并且连接到交换机上，再测试新拓扑的连通性。 

    

    

   4.编辑基本要求第1步保存的Python脚本，添加如下网络性能限制，生成拓扑：

   a) h1的cpu最高不超过50%；
   b) h1和s1之间的链路带宽为10，延迟为5ms，最大队列大小为1000，损耗率50

    

1. 实验2：Open vSwitch虚拟交换机实践

   
   一、实验目的
   能够对Open vSwitch进行基本操作；
   能够通过命令行终端使用OVS命令操作Open vSwitch交换机，管理流表；
   能够通过Mininet的Python代码运行OVS命令，控制网络拓扑中的Open vSwitch交换机
   二、实验环境
   Ubuntu 20.04 Desktop amd64

   三、实验要求
   （一）基本要求
   ovs-vsctl基础操作实践：创建OVS交换机，以ovs-xxxxxxxxx命名，其中xxxxxxxxx为本人学号。在创建的交换机上增加端口p0和p1，设置p0的端口号为100，p1的端口号为101，类型均为internal；为了避免网络接口上的地址和本机已有网络地址冲突，需要创建虚拟网络空间（参考命令netns）ns0和ns1，分别将p0和p1移入，并分别配置p0和p1端口的ip地址为190.168.1.100、192.168.1.101，子网掩码为255.255.255.0；最后测试p0和p1的连通性。
   
   
   

    

    

   使用Mininet搭建的SDN拓扑，如下图所示，要求支持OpenFlow 1.3协议，主机名、交换机名以及端口对应正确。

   

    

    

   
   

    

    

    

    

    

   通过命令行终端输入“ovs-ofctl”命令，直接在s1和s2上添加流表，划分出所要求的VLAN。
   VLAN_ID Hosts
   0 h1 h3
   1 h2 h4
   主机连通性要求：
   h1 – h3互通
   h2 – h4互通
   其余主机不通
   

    

    

   
   
   

   查看OVS流表的命令结果截图

   

    

    

    

    wireshark抓包截图

   

    

    

   （三）实验报告
   请用Markdown排版；
   基础要求提交
   a) /home/用户名/学号/lab2/目录下执行ovs-vsctl show命令、以及p0和p1连通性测试的执行结果截图；
   b) /home/用户名/学号/lab2/目录下开启Mininet CLI并执行pingall命令的截图、上述目录下查看OVS流表的命令结果截图，wireshark抓包截图，其余文字请勿赘述，否则扣分；
   进阶要求为选做，有完成的同学请提交代码和执行结果截图，有完成比未完成的上机分数更高。
   个人总结，包括但不限于实验难度、实验过程遇到的困难及解决办法，个人感想，不少于200字。

   个人总结：
   在这次实验中，学习了Open vSwitch虚拟交换机的相关知识与概念，学到了如何通过Terminal使用ovs命令来达到操控交换机以及管理流表的方法，并再次复习巩固了使用Mininet可视化工具创建拓扑结构的流程，初步掌握了抓包工具wireshark的使用学习并运用了ovs-vsctl和ovs-ofctl操作命令，还学习了划分VLAN，有些知识在上个学期的计算机网络中有接触过，通过这次实验也加深了印象。有了上次实验的基础，这次操作起来会更加得心应手一些，虽然有遇到一些问题，但是都能独立解决。通过实验，我也加深了对VLAN的实现方式的理解。

 

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