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实验6：开源控制器实践——RYU

时间：2022-10-17 23:13:10浏览次数：48  
标签：控制器 self parser datapath msg 开源 ofproto RYU port

实验6：开源控制器实践——RYU

一、基本要求

1. 搭建下图所示SDN拓扑，协议使用Open Flow 1.0，并连接Ryu控制器，通过Ryu的图形界面查看网络拓扑。

  • 建立拓扑并连接Ryu控制器，浏览器输入127.0.0.1：8080在Ryu的图形界面查看网络拓扑

2. 阅读Ryu文档的The First Application一节，运行当中的L2Switch，h1 ping h2或h3，在目标主机使用 tcpdump 验证L2Switch，分析L2Switch和POX的Hub模块有何不同。

  • L2Switch.py
查看代码 

from ryu.base import app_manager
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
from ryu.ofproto import ofproto_v1_0

class L2Switch(app_manager.RyuApp):

OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_0.OFP_VERSION]


def __init__(self, *args, **kwargs):
    super(L2Switch, self).__init__(*args, **kwargs)

@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
def packet_in_handler(self, ev):
    msg = ev.msg
    dp = msg.datapath
    ofp = dp.ofproto
    ofp_parser = dp.ofproto_parser

    actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(ofp.OFPP_FLOOD)]

    data = None
    if msg.buffer_id == ofp.OFP_NO_BUFFER:
         data = msg.data

    out = ofp_parser.OFPPacketOut(
        datapath=dp, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=msg.in_port,
        actions=actions, data = data)
    dp.send_msg(out)

  • 运行L2Switch,h1 ping h2、h3, 在h2、h3分别使用tcpdump -nn -i h2-etho和tcpdump -nn -i h3-etho验证L2Switch

  • 分析L2Switch和POX的Hub模块有何不同
    Hub和L2Switch模块都是洪泛转发，但L2Switch模块下发的流表无法查看，而Hub模块下发的流表可以查看

3. 编程修改L2Switch.py，另存为L2032002530.py，使之和POX的Hub模块的变得一致

  • L2032002530.py
查看代码 

from ryu.base import app_manager
from ryu.ofproto import ofproto_v1_3
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER, CONFIG_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls

class hub(app_manager.RyuApp):

OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]


def __init__(self, *args, **kwargs):
    super(hub, self).__init__(*args, **kwargs)

@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)
def switch_feathers_handler(self, ev):
    datapath = ev.msg.datapath
    ofproto = datapath.ofproto
    ofp_parser = datapath.ofproto_parser

    # install flow table-miss flow entry
    match = ofp_parser.OFPMatch()
    actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER, ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
    # 1\OUTPUT PORT, 2\BUFF IN SWITCH?
    self.add_flow(datapath, 0, match, actions)

def add_flow(self, datapath, priority, match, actions):
    # 1\ datapath for the switch, 2\priority for flow entry, 3\match field, 4\action for packet
    ofproto = datapath.ofproto
    ofp_parser = datapath.ofproto_parser
    # install flow
    inst = [ofp_parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS, actions)]
    mod = ofp_parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, priority=priority, match=match, instructions=inst)
    datapath.send_msg(mod)

@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
def packet_in_handler(self, ev):
    msg = ev.msg
    datapath = msg.datapath
    ofproto = datapath.ofproto
    ofp_parser = datapath.ofproto_parser
    in_port = msg.match['in_port']  # get in port of the packet

    # add a flow entry for the packet
    match = ofp_parser.OFPMatch()
    actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_FLOOD)]
    self.add_flow(datapath, 1, match, actions)

    # to output the current packet. for install rules only output later packets
    out = ofp_parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=in_port, actions=actions)
    # buffer id: locate the buffered packet
    datapath.send_msg(out)

  • 查看流表

二、进阶要求

1. 阅读Ryu关于simple_switch.py和simple_switch_1x.py的实现，以simple_switch_13.py为例，完成其代码的注释工作,并回答问题

  • simple_switch_13.py
查看代码 

from ryu.base import app_manager
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import CONFIG_DISPATCHER, MAIN_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
from ryu.ofproto import ofproto_v1_3
from ryu.lib.packet import packet
from ryu.lib.packet import ethernet
from ryu.lib.packet import ether_types

class SimpleSwitch13(app_manager.RyuApp):

OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]	 # OpenFlow1.3版本


def __init__(self, *args, **kwargs):
    super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)
    self.mac_to_port = {}	# 保存(交换机id, mac地址)到转发端口的字典

# 处理SwitchFeatures事件
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)
def switch_features_handler(self, ev):
    datapath = ev.msg.datapath	# 存储交换机的信息
    ofproto = datapath.ofproto
    parser = datapath.ofproto_parser

    # 安装 table-miss 流条目
    match = parser.OFPMatch()	# match指流表项匹配，OFPMatch()指不匹配任何信息
    actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER, ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]	# actions为相应动作，若匹配成功则不缓存数据包，同时将数据包发送给控制器
    self.add_flow(datapath, 0, match, actions)	# 通过add_flow添加流表项,add_flow调用了send_msg(mod)下发流表。

# 增加流表项
def add_flow(self, datapath, priority, match, actions, buffer_id=None):
    # 获取交换机信息
    ofproto = datapath.ofproto
    parser = datapath.ofproto_parser
    # 对action进行封装
    inst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS, actions)]
    # 判断是否存在buffer_id，并生成mod对象
    if buffer_id:
        mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, buffer_id=buffer_id, priority=priority, match=match, instructions=inst)
    else:
        mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, priority=priority, match=match, instructions=inst)
    # 下发流表
    datapath.send_msg(mod)
    
    
# 控制器在MAIN_DISPATCHER状态并且触发Packet_In事件，调用_packet_in_handler函数
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
def _packet_in_handler(self, ev):
    # If you hit this you might want to increase
    # the "miss_send_length" of your switch
    if ev.msg.msg_len < ev.msg.total_len:		# 传输出错，打印debug信息
        self.logger.debug("packet truncated: only %s of %s bytes", ev.msg.msg_len, ev.msg.total_len)
    # 解析数据结构
    msg = ev.msg    # ev.msg指packet_in data structure对象
    datapath = msg.datapath
    # dp. ofproto 和 dp.ofproto_parser 为代表 Ryu 和交换机进行谈判的 OpenFlow 协议对象
    ofproto = datapath.ofproto
    parser = datapath.ofproto_parser
    in_port = msg.match['in_port']  # 获取源端口

    pkt = packet.Packet(msg.data)
    eth = pkt.get_protocols(ethernet.ethernet)[0]

    if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
        # 忽略LLDP类型的数据包
        return
    dst = eth.dst	# 目的端口
    src = eth.src	# 源端口

    dpid = format(datapath.id, "d").zfill(16)
    self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})

    self.logger.info("packet in %s %s %s %s", dpid, src, dst, in_port)

    # 学习一个mac地址，下次避免FLOOD。
    self.mac_to_port[dpid][src] = in_port   # 交换机自学习，取来往数据包的交换机id、源mac和入端口绑定来构造表。

# 查看是否已经学习过该目的mac地址
    if dst in self.mac_to_port[dpid]:	# 若在表中找到出端口信息，指示出端口
        out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
    # 否则，洪泛    
    else:
        out_port = ofproto.OFPP_FLOOD

    actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]

    # 安装一个流以避免下次packet_in
    if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:
        match = parser.OFPMatch(in_port=in_port, eth_dst=dst, eth_src=src)
        # 验证我们是否有一个有效的 buffer_id
        # 如果是，则避免同时发送 flow_mod 和 packet_out
        if msg.buffer_id != ofproto.OFP_NO_BUFFER:	# 如果有buffer_id，则带上buffer_id，然后只发送Flow_mod报文，因为交换机已经有缓存数据包，就不需要发送packet_out报文
            self.add_flow(datapath, 1, match, actions, msg.buffer_id)
            return
        else:
            self.add_flow(datapath, 1, match, actions)	# 若没有buffer_id，则发送的Flow_Mod报文就无需要带上buffer_id，但是下一步要再发送一个packet_out报文带上原数据包信息。
    data = None
    if msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:
        data = msg.data

# 发送Packet_out数据包 带上交换机发来的数据包的信息
    out = parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=in_port, actions=actions, data=data)
                              
    # 发送流表                          
    datapath.send_msg(out)

a) 代码当中的mac_to_port的作用是什么？

保存 mac地址 到 交换机端口 的映射

b) simple_switch和simple_switch_13在dpid的输出上有何不同？

在simple_switch_13.py 中为 dpid = format(datapath.id,"d").zfill(16)
在simple_switch.py 中为 dpid = datapath.id
可以看到simple_switch_13中dpid的输出格式为：用0在dpid前填充至总长度为16，而simple_switch直接输出dpid

c) 相比simple_switch，simple_switch_13增加的switch_feature_handler实现了什么功能？

switch_feature_handler实现了交换机以特性应答消息来响应特性请求的功能

d) simple_switch_13是如何实现流规则下发的？

在触发PacketIn事件后，首先解析相关数据结构，获取协议信息、获取源端口、包学习，交换机信息，以太网信息等。如果以太网类型是LLDP类型，则忽略。如果不是LLDP类型，则获取目的端口和源端口还有交换机的id，然后进行交换机自学习，先学习源地址对应的交换机的入端口，再查看是否已经学习目的mac地址，如果没有就洪泛转发。如果学习过，则查看是否有buffer_id，如果有则在添加流时加上buffer_id，向交换机发送数据包和流表。

e) switch_features_handler和_packet_in_handler两个事件在发送流规则的优先级上有何不同？

switch_features_handler下发流表的优先级比_packet_in_handler高

2.编程实现和ODL实验的一样的硬超时功能

  • TimeOut.py

from ryu.base import app_manager
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import CONFIG_DISPATCHER, MAIN_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
from ryu.ofproto import ofproto_v1_3
from ryu.lib.packet import packet
from ryu.lib.packet import ethernet
from ryu.lib.packet import ether_types

class SimpleSwitch13(app_manager.RyuApp):

OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]


def __init__(self, *args, **kwargs):
    super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)
    self.mac_to_port = {}

@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)
def switch_features_handler(self, ev):
    datapath = ev.msg.datapath
    ofproto = datapath.ofproto
    parser = datapath.ofproto_parser

    match = parser.OFPMatch()
    actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER, ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
    self.add_flow(datapath, 0, match, actions)

def add_flow(self, datapath, priority, match, actions, buffer_id=None, hard_timeout=0):
    ofproto = datapath.ofproto
    parser = datapath.ofproto_parser

    inst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS, actions)]
    if buffer_id:
        mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, buffer_id=buffer_id, priority=priority, match=match, instructions=inst, hard_timeout=hard_timeout)
    else:
        mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, priority=priority, match=match, instructions=inst, hard_timeout=hard_timeout)
    datapath.send_msg(mod)

@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
def _packet_in_handler(self, ev):
    if ev.msg.msg_len < ev.msg.total_len:
        self.logger.debug("packet truncated: only %s of %s bytes", ev.msg.msg_len, ev.msg.total_len)
    msg = ev.msg
    datapath = msg.datapath
    ofproto = datapath.ofproto
    parser = datapath.ofproto_parser
    in_port = msg.match['in_port']

    pkt = packet.Packet(msg.data)
    eth = pkt.get_protocols(ethernet.ethernet)[0]

    if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
        return
    dst = eth.dst
    src = eth.src

    dpid = format(datapath.id, "d").zfill(16)
    self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})

    self.logger.info("packet in %s %s %s %s", dpid, src, dst, in_port)

    self.mac_to_port[dpid][src] = in_port

    if dst in self.mac_to_port[dpid]:
        out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
    else:
        out_port = ofproto.OFPP_FLOOD

    actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]\

    actions_timeout=[]

    if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:
        match = parser.OFPMatch(in_port=in_port, eth_dst=dst, eth_src=src)
        hard_timeout=10
        if msg.buffer_id != ofproto.OFP_NO_BUFFER:
            self.add_flow(datapath, 2, match,actions_timeout, msg.buffer_id,hard_timeout=10)
            self.add_flow(datapath, 1, match, actions, msg.buffer_id)
            return
        else:
            self.add_flow(datapath, 2, match, actions_timeout, hard_timeout=10)
            self.add_flow(datapath, 1, match, actions)
    data = None
    if msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:
        data = msg.data

    out = parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id,
                              in_port=in_port, actions=actions, data=data)
    datapath.send_msg(out)

- 实现硬超时

三、个人总结

1. 实验难度

本次的实验难度适中，跟着实验指导书一步一步做，基本上都能够较顺利的完成。

2. 实验过程遇到的困难及解决办法

一开始不知道如何利用Ryu的图形界面查看拓扑，在阅读Ryu相关文件后，才知道在本地浏览器输入"127.0.0.1:8080"即可访问Ryu的图形界面

3. 个人感想

本次实验的难度集中在了对代码的理解和编写上，只有真正理解了Ryu里面定义的数据结构以及一系列函数体后，才能够顺利的进行代码的修改与编写。通过本次实验，深入理解了RYU控制器实现软件定义的集线器原理以及RYU控制器实现软件定义的交换机原理。
Ryu的数据平面是由若干网元（Network Element）组成，每个网元包含一个或多个SDN数据路径（SDN Datapath）。SDN Datapath是逻辑上的网络设备，负责转发和处理数据无控制能力，一个SDN DataPath包含控制数据平面接口（Control Data Plane Interface,CDPI）、代理、转发引擎（Forwarding Engine）表和处理功能（Processing Function）SDN数据面（转发面）的关键技术:对数据面进行抽象建模。
OpenFlow交换器会接受来自于controller的指令并达到下列功能：

  • 对于接收到的封包进行修改或针对指定的端口进行转发。
  • 对于接收到的封包进行转发到Controller的动作（Packet-In）。
  • 对于接收到的来自Controller的封包转送到指定端口（Packet-out）。
    利用Packet-in功能达到Mac地址的学习。Controller使用Packet-In接受来自交换机的封包后进行分析，得到连接端口相关的资料和所连接的host的Mac地址。学习之后，将封包的目的地址，在已经学习的host资料中进行检索，根据检索结果进行以下处理：
  • 如果是已经存在在记录中的host：使用packet-out功能转发到所对应的连接端口。
  • 如果是尚未存在记录的host：使用packet-out功能来达到Flooding。
    在本次实验当中，也认识并验证了Ryu的L2Switch模块与POX的Hub模块之间的异同

标签：控制器,self,parser,datapath,msg,开源,ofproto,RYU,port
From： https://www.cnblogs.com/pan-jinfeng/p/16801090.html

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