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实验6:开源控制器实践——RYU

时间:2022-10-28 23:45:31浏览次数:62  
标签:控制器 datapath packet id ofproto 开源 msg RYU port

实验6:开源控制器实践——RYU

一、实验目的

能够独立部署RYU控制器;
能够理解RYU控制器实现软件定义的集线器原理;
能够理解RYU控制器实现软件定义的交换机原理。

二、实验环境

(一)基本要求

下载虚拟机软件Oracle VisualBox或VMware;
在虚拟机中安装Ubuntu 20.04 Desktop amd64,并完整安装Mininet;

三、实验要求

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。

    • 在对应文件夹下执行ryu-manager gui_topology.py --observe-links启动控制器
    •  

      使用命令sudo mn --topo=single,3 --mac --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 --switch ovsk,protocols=OpenFlow10搭建上述拓扑。

    • 2.通过Ryu的图形界面查看网络拓扑
        1. 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)

        • 重新构建拓扑,并对h2、h3节点进行抓包
      • 观察到h2,h3都接收到数据包
          • 分析和POX的Hub模块有何不同

            1.查看下发流表dpctl dump-flows

            2.运行ryuryu-manager L2Switch.py

            3.运行pox(Hub模块)./pox.py log.level --DEBUG forwarding.hub

            无法查看L2Switch下发的流表,而hub模块下发的流表可以查看

          •  

             编程修改L2Switch.py,另存为L2xxxxxxxxx.py,使之和POX的Hub模块的变得一致(xxxxxxxxx
            为学号)

          • (二)进阶要求

            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,并回答下列问题:

          • 复制代码
            # Copyright (C) 2011 Nippon Telegraph and Telephone Corporation.
            #
            # Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
            # you may not use this file except in compliance with the License.
            # You may obtain a copy of the License at
            #
            #    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
            #
            # Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
            # distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
            # WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or
            # implied.
            # See the License for the specific language governing permissions and
            # limitations under the License.
            

            引入包

            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):
            # 指定OpenFlow版本为1.3
            OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]

            def __init__(self, *args, **kwargs):
                super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)
                self.mac_to_port = {} # 一个保存(交换机id, mac地址)到转发端口的字典
            
            # 处理EventOFPSwitchFeatures事件
            @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
            
                # install table-miss flow entry
                #
                # We specify NO BUFFER to max_len of the output action due to
                # OVS bug. At this moment, if we specify a lesser number, e.g.,
                # 128, OVS will send Packet-In with invalid buffer_id and
                # truncated packet data. In that case, we cannot output packets
                # correctly.  The bug has been fixed in OVS v2.1.0.
                match = parser.OFPMatch()#match:流表项匹配,OFPMatch():不匹配任何信息
                actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,
                                                ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
                self.add_flow(datapath, 0, match, actions)#添加流表项
            
            # 添加流表
            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
            
                # 包装action 
                inst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS,
                                                   actions)]
                # 判断是否有buffer_id,生成相应的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)
                # 发送mod
                datapath.send_msg(mod)
            
            # 触发packet in事件时,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:
                    self.logger.debug("packet truncated: only %s of %s bytes",
                                    ev.msg.msg_len, ev.msg.total_len)
                # 获取Packet_In报文中的各种信息:包信息,交换机信息,协议等等
                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]
            
                # 忽略LLDP类型
                if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
                    # ignore lldp packet
                    return
            
                # 获取源端口,目的端口
                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)
            
                # 学习包的源地址,和交换机上的入端口绑定
                # learn a mac address to avoid FLOOD next time.
                self.mac_to_port[dpid][src] = in_port
            
                # 在字典中查找目的mac地址是否有对应的出端口 
                if dst in self.mac_to_port[dpid]:
                    out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
                # 没有就进行洪泛
                else:
                    out_port = ofproto.OFPP_FLOOD
            
                actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]
            
                # 下发流表处理后续包,不再触发 packet in 事件
                # install a flow to avoid packet_in next time
                if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:
                    match = parser.OFPMatch(in_port=in_port, eth_dst=dst, eth_src=src)
                    # verify if we have a valid buffer_id, if yes avoid to send both
                    # flow_mod & packet_out
                    if msg.buffer_id != ofproto.OFP_NO_BUFFER:
                        self.add_flow(datapath, 1, match, actions, msg.buffer_id)
                        return
                    else:
                        self.add_flow(datapath, 1, match, actions)
                data = None
                if msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:
                    data = msg.data
                # 发送Packet_out数据包
                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)</pre>
            
            复制代码

            a) 代码当中的mac_to_port的作用是什么?
            答: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?
            答:simple_switch直接输出dpid,simple_switch_13会在不满16位的dpid前补0直到满16位
            c) 相比simple_switch,simple_switch_13增加的switch_feature_handler实现了什么功能?
            答:switch_features_handler函数是新增缺失流表项到流表中,当封包没有匹配到流表时,就触发packet_in
            d) simple_switch_13是如何实现流规则下发的?
            答:在接收到packetin事件后,首先获取包学习,交换机信息,以太网信息,协议信息等。如果以太网类型是LLDP类型,则不予处理。如果不是,则获取源端口目的端口,以及交换机id,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,如果没有则进行洪泛转发。如果学习过该mac地址,则查看是否有buffer_id,如果有的话,则在添加流动作时加上buffer_id,向交换机发送流表。
            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?
            答:switch_features_handler下发流表的优先级高于_packet_in_handler。

          • 实验心得

          • 在本次实验中,通过阅读RYU文档并查看相关模块的源代码,了解了RYU控制器的工作原理,并比较了RYU的L2Switch模块与POX的Hub模块的异同。最开始安装RYU时,基本上根据老师的实验指导书一步一步来,即可顺利完成,而进阶部分则难度较大,尤其在阅读源码部分进度较慢。不过,虽然阅读源码的过程有些困难,但在过程中,查阅相关材料,结合源码进行阅读,也使得我对RYU的控制机制有了更加深刻的了解

标签:控制器,datapath,packet,id,ofproto,开源,msg,RYU,port
From: https://www.cnblogs.com/dongganchaoren/p/16837834.html

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