实验5：开源控制器实践——POX

实验5：开源控制器实践——POX

一、实验目的

1. 能够理解 POX 控制器的工作原理；
2. 通过验证POX的forwarding.hub和forwarding.l2_learning模块，初步掌握POX控制器的使用方法；
3. 能够运用 POX控制器编写自定义网络应用程序，进一步熟悉POX控制器流表下发的方法。

二、实验环境

1. 下载虚拟机软件Oracle VisualBox 或 VMware；
2. 在虚拟机中安装Ubuntu 20.04 Desktop amd64；

三、实验要求

（一）基本要求

1. 搭建下图所示SDN拓扑，协议使用Open Flow 1.0，控制器使用部署于本地的POX（默认监听6633端口）
   

• 生成拓扑后，开启POX
  

2. 阅读Hub模块代码，使用 tcpdump 验证Hub模块；

• 利用Mininet的xterm开启h2 h3的命令行终端后，在h2和h3使用tcpdump开启抓包（抓取eth0端口）
  • h1 ping h2,观察h2和h3的终端(发现h2和h3都能接收到数据包)
    
  • h1 ping h3,观察h2和h3的终端(发现h2和h3都能接收到数据包)
    

• 上述示例可以验证出Hub模块的功能：
  在每个交换机上安装泛洪通配符规则，将数据包广播
  转发，此时交换机等效于集线器，所有主机都能接收到数据包。

3. 阅读L2_learning模块代码，画出程序流程图，使用 tcpdump 验证Switch模块。

• 程序流程图
  
• 利用Mininet的xterm开启h1 h2 h3的命令行终端后，在h2和h3使用tcpdump开启抓包（抓取eth0端口）
  • h1 ping h2，观察h2和h3终端(发现只有h2能够收到数据包)
    
  • h1 ping h3，观察h2和h3终端(发现只有h3能够收到数据包)
    

• 上述示例可以验证Switch模块的功能：
  让OpenFlow交换机实现L2自学习，当它进行L2地址学习时，它会与尽可能多的字段做匹配，实现流规则多样化，在测试中，某一主机ping特定主机时，除了特定主机外，其他主机不会接收到数据包。

（二）进阶要求

1. 重新搭建（一）的拓扑，此时交换机内无流表规则，拓扑内主机互不相通；编写Python程序自定义一个POX模块SendFlowInSingle3，并且将拓扑连接至SendFlowInSingle3（默认端口6633），实现向s1发送流表规则使得所有主机两两互通。

• 自定义Switch模块的py代码

from pox.core import core
import pox.openflow.libopenflow_01 as of

class SendFlowInSingle3(object):

   def __init__(self):
          core.openflow.addListeners(self)

   def _handle_ConnectionUp(self, event):

          #设置数据包从端口1进，从端口2和3出
          msg = of.ofp_flow_mod()  # 使用ofp_flow_mod()方法向交换机下发流表
          msg.priority = 1        #设置msg优先级
          msg.match.in_port = 1  #在端口1接收数据包
          msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=2))  #设置数据包从端口2转发
          msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=3))  # 设置数据包从端口3转发
          event.connection.send(msg) #通过send函数向交换机发送设定的消息


          #设置数据包从端口2进，从端口1和3出
          msg = of.ofp_flow_mod()  # 使用ofp_flow_mod()方法向交换机下发流表
          msg.priority = 1        #设置msg优先级
          msg.match.in_port = 2  # 在端口2接收数据包
          msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=1))  # 设置数据包从端口1转发
          msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=3))  # 设置数据包从端口3转发
          event.connection.send(msg) #通过send函数向交换机发送设定的消息

          #设置数据包从端口3进，从端口1和2出
          msg = of.ofp_flow_mod()  #使用ofp_flow_mod()方法向交换机下发流表
          msg.priority = 1        #设置msg优先级
          msg.match.in_port = 3  # 使数据包进入端口3
          msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=1))  # 设置数据包从端口1转发
          msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=2))  # 设置数据包从端口2转发
          event.connection.send(msg)  #通过send函数向交换机发送设定的消息

def launch():
    core.registerNew(SendFlowInSingle3) #注册SendFlowInSingle3组件

• 将py代码文件命名为 SendFlowInSingle3.py,并保存forwarding目录下
  
• 使用dpctl del-flows命令删除流表后，h1，h2和h3两两ping不通;
  接着开启自定义的POX模块SendFlowInSingle3,使用pingall命令，观察到三台主机两两连通
  

四、实验心得

• 在本次实验中，我通过阅读READ.MD文档，了解到了POX控制器的工作原理，并知晓了相关组件的功能。接着在阅读相关模块的源代码理解其算法实现细节后，顺利画出Switch模块的流程图，并通过实际的测试验证了Hub和Switch模块的功能，进而比对了两个模块的不同点。在POX控制器与交换机的交互过程中，POX需要为每一台交换机构建一个connection类的对象，connection类中有一个send（msg）方法，被用于向交换机发送OpenFlow消息。而相应的，POX将通过定义事件（event）处理（handler）方法来处理交换机发送来的特定消息事件。最后，在通过查阅相关资料以及询问身边的同学后，我结合自身知识编写出了自定义的POX模块SendFlowInSingle3，在交换机中删除流表后，开启该模块恢复最简单拓扑的主机之间的两两通信。我认为本次实验属于中等难度偏高，基础要求部分相对简单，按照老师给的实验指南书一步一步完成即可。而进阶要求部分偏难，阅读老师给出的更多POX指南中的链接文档很吃力，最后选择在网上查找相关资料，并咨询了身边的同学后，最终才完成SendFlowInSingle3模块代码的编写。
• 在实验过程中遇到的问题及解决
  • 在使用tcpdump命令进行抓包时，一开始提示No such device exists,说明输入的命令有问题，检查之后发现主机号h2与端口eth0之间缺了一个“-”。修正之后运行，终端显示键入命令无效，再次检查后发现h2与“-eth0”之间多了一个空格,修正之后问题解决，抓包顺利启动。
  • 在编写完进阶部分代码后，我最开始将其命名为031902522.py保存在lab5目录下，后来类比Hub模块和Switch模块，打算将py文件存放于forwarding目录下。将该文件直接复制到forwarding文件目录下后，系统提示文件放入失败。阅读系统错误提示，并检查保存路径，发现路径上有多个文件夹属性设置为只读。因此，我在终端上使用sudo chmod o+w 文件夹名命令，解锁相关目录写权限后，成功将自定义SendFlowInSingle3模块的py文件放入相应目录。
  • 在运行自定义POX模块时，使用./pox.py log.level --DEBUG forwarding.SendFlowInSingle3命令，终端提示找不到相应的py文件。仔细检查后，发现自定义模块的py文件文件名命名有问题，改为SendFlowInSingle3.py后，自定义POX模块运行成功。