实验6:开源控制器实践——RYU
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
- 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
(一)基本要求
- 完成Ryu控制器的安装。
- 使用ryu --version 命令查看安装的ryu控制器版本
- 搭建下图所示SDN拓扑,协议使用Open Flow 1.0,并连接Ryu控制器。
- 搭建如上图所示拓扑,并开启ryu控制器
- 通过Ryu的图形界面查看网络拓扑。
- 在火狐浏览器打开ryu图形界面,查看拓扑结构
- 阅读Ryu文档的The First Application一节,运行并使用 tcpdump 验证L2Switch,分析和POX的Hub模块有何不同。
- L2Switch模块代码展示
- 将L2Switch模块py文件保存到合适的文件目录下
- 构建拓扑,运行L2Switch模块,同时开启h2和h3终端,使用tcpdump进行数据包监听
- h1 ping h2(观察到h2,h3都接收到数据包)
- h1 ping h3(观察到h2,h3都接收到数据包)
- h1 ping h2(观察到h2,h3都接收到数据包)
- 通过dpctl dump-flows命令检查ryu的L2Switch模块和pox的Hub模块的区别
- 在连接ryu控制器,启动L2Switch模块后查看下发流表
- 在连接pox控制器,启动Hub模块后查看下发流表
- 在连接ryu控制器,启动L2Switch模块后查看下发流表
RYU的L2Switch模块和POX的Hub模块都采用洪泛转发,但不同之处在于:
可以在pox的Hub模块运行时查看流表,而无法在ryu的L2Switch模块运行时查看到流表
(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:
- 代码注释
# 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.
#导入需要使用的相应包
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 1.3版本
OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]
def __init__(self, *args, **kwargs):
super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)
#self.mac_to_port是mac地址映射到转发端口的字典。
self.mac_to_port = {}
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)
def switch_features_handler(self, ev):
# ev.msg 是用来存储对应事件的 OpenFlow 消息类别实体
datapath = ev.msg.datapath
# ofproto表示使用的OpenFlow版本所对应的ryu.ofproto.ofproto_v1_3
ofproto = datapath.ofproto
# 使用对应版本的ryu.ofproto.ofproto_v1_3_parser来解析协议
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()
actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,
ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
# priority = 0表示优先级最低,即若所有流表都匹配不到时,才会把数据包发送到controller
self.add_flow(datapath, 0, match, actions)
# 执行 add_flow() 方法以发送 Flow Mod 消息
def add_flow(self, datapath, priority, match, actions, buffer_id=None):
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)
else:
mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, priority=priority,
match=match, instructions=inst)
datapath.send_msg(mod)
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
# 处理PacketIn事件
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)
#从事件类里取出一些参数
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:
#接受到了lldp包,就直接丢弃
# ignore lldp packet
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)
#进行自学习,尽可能避免在下一次洪泛
# learn a mac address to avoid FLOOD next time.
#dpid是交换机的id,src是数据包的源mac地址,in_port是交换机接受到包的端口
self.mac_to_port[dpid][src] = in_port
#检验目的地址是否已经学习
if dst in self.mac_to_port[dpid]:
#如果已经学习到,则向交换机下发流表,并让交换机向相应端口转发包
out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
else:
#如果还没有学习到,则无法下发流表,让交换机洪泛转发包。
out_port = ofproto.OFPP_FLOOD
actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]
# 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:
#buffer_id不为None,控制器只需下发流表的命令,交换机增加了流表项后,位于缓冲区的数据包会自动转发出去。
self.add_flow(datapath, 1, match, actions, msg.buffer_id)
return
else:
#buffer_id为None,那么控制器不仅要更改交换机的流表项,
self.add_flow(datapath, 1, match, actions)
#还要把数据包的信息传给交换机,让交换机把数据包转发出去。
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)
a) 代码当中的mac_to_port的作用是什么?
答:mac_to_port是mac地址映射到转发端口的字典,可用于交换机自学习。
b) simple_switch和simple_switch_13在dpid的输出上有何不同?
答:差别在于:simple_switch直接输出dpid,而simple_switch_13则在dpid前端填充0直至满16位
#simple_switch.py
dpid = datapath.id
#################################
#simple_switch_13.py
dpid = format(datapath.id, "d").zfill(16)
c) 相比simple_switch,simple_switch_13增加的switch_feature_handler实现了什么功能?
答: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?
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。若以太网类型是LLDP类型,则不予处理。如果不是,则获取源端口的目的端口和交换机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,则在添加流表信息时加上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下发流表的优先级比_packet_in_handler的优先级高。
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。本次的实验基础部分难度较低,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,同时实验操作与前两次操作ODL和POX控制器差不多,因此能较为快速地完成对应步骤,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痛苦,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的控制机制有了更为形象和深入的认识。
- 在实验过程中遇到的问题及解决
- 在一开始安装RYU控制器时,碰到了如下的报错。上网查找原因并询问身边同学后,发现可能是网络连接有问题,没法一下子将东西完全下载下来,从而导致超时报错。之后重新尝试键入命令,在网络连接畅通的情况下顺利完成下载。
- 在完成进阶要求的源码注释过程中,明显感觉到困难。原因有几点:首先,一开始对RYU的工作原理并没有十分了解;同时,源码中使用了许多RYU中定义的数据结构,阅读时根本没有一点的基础概念。基于此,我使用搜索引擎,查找了RYU使用的相应数据结构,并了解了其中各个参数的基本含义,再重新阅读源码,同时,在网上查找RYU工作原理的说明材料,才最终成功完成源码的注释。
- 在一开始安装RYU控制器时,碰到了如下的报错。上网查找原因并询问身边同学后,发现可能是网络连接有问题,没法一下子将东西完全下载下来,从而导致超时报错。之后重新尝试键入命令,在网络连接畅通的情况下顺利完成下载。