2019 SDN上机第3次作业

1. 利用Mininet仿真平台构建如下图所示的网络拓扑，配置主机h1和h2的IP地址（h1:10.0.0.1，h2:10.0.0.2），测试两台主机之间的网络连通性

用可视化工具建立拓扑

2. 利用Wireshark工具，捕获拓扑中交换机与控制器之间的通信数据，对OpenFlow协议类型的各类报文（hello, features_request, features_reply, set_config, packet_in, packet_out等）进行分析

hello

• 控制器与交互及互相发送Hello消息。Hello消息中只包含有OpenFlow Header，其中的type字段为OFPT_HELLO，version字段为发送方所支持的最高版本OpenFlow。如果双方OpenFlow版本可以兼容，则 OpenFlow 连接建立成功。由于有两个交换机所以有四个hello信息。

控制器6633端口（最高能支持OpenFlow 1.0） 交换机48878端口

交换机48878端口（最高能支持OpenFlow 1.3） 控制器6633端口

所以双方建立网络连接使用OpenFlow 1.0

features

Features 消息包括 OpenFlow Header 和 Features Reply Message

Features Request

控制器向交换机发送 Features Request 消息查询交换机特性，Features Request 消息只包含 OpenFlow Header，其中 type 字段为 OFPT_FEATURES_REQUEST

Set Config

Features Reply

Features Reply Message结构

struct ofp_switch_features{
    struct ofp_header header;
    uint64_t datapath_id; /*唯一标识 id 号*/
    uint32_t n_buffers; /*交缓冲区可以缓存的最大数据包个数*/
    uint8_t n_tables; /*流表数量*/
    uint8_t pad[3]; /*align to 64 bits*/
    uint32_t capabilities; /*支持的特殊功能，具体见 ofp_capabilities*/
    uint32_t actions; /*支持的动作，具体见 ofp_actions_type*/
    struct ofp_phy_port ports[0]; /*物理端口描述列表，具体见 ofp_phy_port*/
};

通过抓到的报文，逐项查看报文信息

OpenFlow 1.0
.000 0001 = Version: 1.0 (0x01)
Type: OFPT_FEATURES_REPLY (6)
Length: 176
Transaction ID: 2990300955
Datapath unique ID: 0x0000000000000001
    MAC addr: 00:00:00_00:00:00 (00:00:00:00:00:00)
    Implementers part: 0x0001
n_buffers: 256
n_tables: 254
Pad: 000000
capabilities: 0x000000c7
    .... .... .... .... .... .... .... ...1 = Flow statistics: True
    .... .... .... .... .... .... .... ..1. = Table statistics: True
    .... .... .... .... .... .... .... .1.. = Port statistics: True
    .... .... .... .... .... .... .... 0... = Group statistics: False
    .... .... .... .... .... .... ..0. .... = Can reassemble IP fragments: False
    .... .... .... .... .... .... .1.. .... = Queue statistics: True
    .... .... .... .... .... ...0 .... .... = Switch will block looping ports: False
actions: 0x00000fff
    .... .... .... .... .... .... .... ...1 = Output to switch port: True
    .... .... .... .... .... .... .... ..1. = Set the 802.1q VLAN id: True
    .... .... .... .... .... .... .... .1.. = Set the 802.1q priority: True
    .... .... .... .... .... .... .... 1... = Strip the 802.1q header: True
    .... .... .... .... .... .... ...1 .... = Ethernet source address: True
    .... .... .... .... .... .... ..1. .... = Ethernet destination address: True
    .... .... .... .... .... .... .1.. .... = IP source address: True
    .... .... .... .... .... .... 1... .... = IP destination address: True
    .... .... .... .... .... ...1 .... .... = IP ToS (DSCP field, 6 bits): True
    .... .... .... .... .... ..1. .... .... = TCP/UDP source port: True
    .... .... .... .... .... .1.. .... .... = TCP/UDP destination port: True
    .... .... .... .... .... 1... .... .... = Output to queue: True
Port data 1
    Port number: 65534
    HW Address: 1e:8c:e4:d9:88:2c (1e:8c:e4:d9:88:2c)
    Port Name: s1
    Config flags: 0x00000001
        .... .... .... .... .... .... .... ...1 = Port is administratively down: True
        .... .... .... .... .... .... .... ..0. = Disable 802.1D spanning tree on port: False
        .... .... .... .... .... .... .... .0.. = Drop all packets except 802.1D spanning tree packets: False
        .... .... .... .... .... .... .... 0... = Drop received 802.1D STP packets: False
        .... .... .... .... .... .... ...0 .... = Do not include this port when flooding: False
        .... .... .... .... .... .... ..0. .... = Drop packets forwarded to port: False
        .... .... .... .... .... .... .0.. .... = Do not send packet-in msgs for port: False
    State flags: 0x00000001
        .... .... .... .... .... .... .... ...1 = No physical link present: True
    Current features: 0x00000000
        .... .... .... .... .... .... .... ...0 = 10 Mb half-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .... ..0. = 10 Mb full-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .... .0.. = 100 Mb half-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .... 0... = 100 Mb full-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... ...0 .... = 1 Gb half-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... ..0. .... = 1 Gb full-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .0.. .... = 10 Gb full-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... 0... .... = Copper medium: False
        .... .... .... .... .... ...0 .... .... = Fiber medium: False
        .... .... .... .... .... ..0. .... .... = Auto-negotiation: False
        .... .... .... .... .... .0.. .... .... = Pause: False
        .... .... .... .... .... 0... .... .... = Asymmetric pause: False
    Advertised features: 0x00000000
    Features supported: 0x00000000
    Features advertised by peer: 0x00000000
Port data 2
    Port number: 1
    HW Address: ca:a3:0a:02:47:d3 (ca:a3:0a:02:47:d3)
    Port Name: s1-eth1
    Config flags: 0x00000000
        .... .... .... .... .... .... .... ...0 = Port is administratively down: False
        .... .... .... .... .... .... .... ..0. = Disable 802.1D spanning tree on port: False
        .... .... .... .... .... .... .... .0.. = Drop all packets except 802.1D spanning tree packets: False
        .... .... .... .... .... .... .... 0... = Drop received 802.1D STP packets: False
        .... .... .... .... .... .... ...0 .... = Do not include this port when flooding: False
        .... .... .... .... .... .... ..0. .... = Drop packets forwarded to port: False
        .... .... .... .... .... .... .0.. .... = Do not send packet-in msgs for port: False
    State flags: 0x00000000
        .... .... .... .... .... .... .... ...0 = No physical link present: False
    Current features: 0x000000c0
        .... .... .... .... .... .... .... ...0 = 10 Mb half-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .... ..0. = 10 Mb full-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .... .0.. = 100 Mb half-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .... 0... = 100 Mb full-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... ...0 .... = 1 Gb half-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... ..0. .... = 1 Gb full-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .1.. .... = 10 Gb full-duplex rate support: True
        .... .... .... .... .... .... 1... .... = Copper medium: True
        .... .... .... .... .... ...0 .... .... = Fiber medium: False
        .... .... .... .... .... ..0. .... .... = Auto-negotiation: False
        .... .... .... .... .... .0.. .... .... = Pause: False
        .... .... .... .... .... 0... .... .... = Asymmetric pause: False
    Advertised features: 0x00000000
    Features supported: 0x00000000
    Features advertised by peer: 0x00000000
Port data 3
    Port number: 2
    HW Address: f6:ae:37:c0:cb:a5 (f6:ae:37:c0:cb:a5)
    Port Name: s1-eth2
    Config flags: 0x00000000
        .... .... .... .... .... .... .... ...0 = Port is administratively down: False
        .... .... .... .... .... .... .... ..0. = Disable 802.1D spanning tree on port: False
        .... .... .... .... .... .... .... .0.. = Drop all packets except 802.1D spanning tree packets: False
        .... .... .... .... .... .... .... 0... = Drop received 802.1D STP packets: False
        .... .... .... .... .... .... ...0 .... = Do not include this port when flooding: False
        .... .... .... .... .... .... ..0. .... = Drop packets forwarded to port: False
        .... .... .... .... .... .... .0.. .... = Do not send packet-in msgs for port: False
    State flags: 0x00000000
        .... .... .... .... .... .... .... ...0 = No physical link present: False
    Current features: 0x000000c0
        .... .... .... .... .... .... .... ...0 = 10 Mb half-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .... ..0. = 10 Mb full-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .... .0.. = 100 Mb half-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .... 0... = 100 Mb full-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... ...0 .... = 1 Gb half-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... ..0. .... = 1 Gb full-duplex rate support: False
        .... .... .... .... .... .... .1.. .... = 10 Gb full-duplex rate support: True
        .... .... .... .... .... .... 1... .... = Copper medium: True
        .... .... .... .... .... ...0 .... .... = Fiber medium: False
        .... .... .... .... .... ..0. .... .... = Auto-negotiation: False
        .... .... .... .... .... .0.. .... .... = Pause: False
        .... .... .... .... .... 0... .... .... = Asymmetric pause: False
    Advertised features: 0x00000000
    Features supported: 0x00000000
    Features advertised by peer: 0x00000000

Packet_in

当交换机收到一个数据包后，查找流表。如果流表中有匹配条目，则交换机按照流表所指示的 action 列表处理数据包。如果没有，则交换机将数据包封装在 Packet-in 消息中发送给控制器处理。

Packet_in的结构

struct ofp_packet_in {
    struct ofp_header header;
    uint32_t buffer_id; /*Packet-in消息所携带的数据包在交换机缓存区中的ID*/
    uint16_t total_len; /*data字段的长度*/
    uint16_t in_port; /*数据包进入交换机时的端口号*/
    uint8_t reason; /*发送Packet-in消息的原因，具体见 ofp_packet_in_reason*/
    uint8_t pad;
    uint8_t data[0]; /*携带的数据包*/
};

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

OpenFlow 1.0
.000 0001 = Version: 1.0 (0x01)
Type: OFPT_PACKET_IN (10)
Length: 104
Transaction ID: 0
Buffer Id: 0x00000100
Total length: 86
In port: 2
Reason: No matching flow (table-miss flow entry) (0)
Pad: 00
Ethernet II, Src: ca:1a:3e:36:c5:af (ca:1a:3e:36:c5:af), Dst: IPv6mcast_ff:36:c5:af (33:33:ff:36:c5:af)
    Destination: IPv6mcast_ff:36:c5:af (33:33:ff:36:c5:af)
        Address: IPv6mcast_ff:36:c5:af (33:33:ff:36:c5:af)
        .... ..1. .... .... .... .... = LG bit: Locally administered address (this is NOT the factory default)
        .... ...1 .... .... .... .... = IG bit: Group address (multicast/broadcast)
    Source: ca:1a:3e:36:c5:af (ca:1a:3e:36:c5:af)
        Address: ca:1a:3e:36:c5:af (ca:1a:3e:36:c5:af)
        .... ..1. .... .... .... .... = LG bit: Locally administered address (this is NOT the factory default)
        .... ...0 .... .... .... .... = IG bit: Individual address (unicast)
    Type: IPv6 (0x86dd)
Internet Protocol Version 6, Src: ::, Dst: ff02::1:ff36:c5af
    0110 .... = Version: 6
    .... 0000 0000 .... .... .... .... .... = Traffic Class: 0x00 (DSCP: CS0, ECN: Not-ECT)
        .... 0000 00.. .... .... .... .... .... = Differentiated Services Codepoint: Default (0)
        .... .... ..00 .... .... .... .... .... = Explicit Congestion Notification: Not ECN-Capable Transport (0)
    .... .... .... 0000 0000 0000 0000 0000 = Flow Label: 0x00000
    Payload Length: 32
    Next Header: ICMPv6 (58)
    Hop Limit: 255
    Source: ::
    Destination: ff02::1:ff36:c5af
Internet Control Message Protocol v6
    Type: Neighbor Solicitation (135)
    Code: 0
    Checksum: 0x9e77 [correct]
    [Checksum Status: Good]
    Reserved: 00000000
    Target Address: fe80::c81a:3eff:fe36:c5af
    ICMPv6 Option (Nonce)
        Type: Nonce (14)
        Length: 1 (8 bytes)
        Nonce: 46cc8da36a50

Packet_out

Packet-Out 消息可以让交换机产生一个数据包并按照 action 列表处理。

Packet_out的结构

struct ofp_packet_out {
struct ofp_header header;
uint32_t buffer_id; /*交换机缓存区id，如果为-1则指定的为packet-out消息携带的data字段*/
uint16_t in_port; /*如果buffer_id为‐1，并且action列表中指定了Output=TABLE的动作,in_port将作为data段数据包的额外匹配信息进行流表查询*/
uint16_t actions_len; /*action列表的长度，可以用来区分actions和data段*/
struct ofp_action_header actions[0]; /*动作列表*/
uint8_t data[0]; /*数据缓存区，可以存储一个以太网帧，可选*/
}

告诉输出到交换机的65531端口报文信息

OpenFlow 1.0
.000 0001 = Version: 1.0 (0x01)
Type: OFPT_PACKET_OUT (13)
Length: 24
Transaction ID: 0
Buffer Id: 0x00000100
In port: 2
Actions length: 8
Actions type: Output to switch port (0)
Action length: 8
Output port: 65531
Max length: 0

h1 ping h2

Packet_in

flow_mod

flow_mod结构

struct ofp_flow_mod {
struct ofp_header header;
struct ofp_match match; /*流表的匹配域*/ 
uint64_t cookie; /*流表项标识符*/
uint16_t command; /*可以是ADD,DELETE,DELETE-STRICT,MODIFY,MODIFY-STRICT*/
uint16_t idle_timeout; /*空闲超时时间*/
uint16_t hard_timeout; /*最大生存时间*/
uint16_t priority; /*优先级，优先级高的流表项优先匹配*/
uint32_t buffer_id; /*缓存区ID ,用于指定缓存区中的一个数据包按这个消息的action列表处理*/  
uint16_t out_port; /*如果这条消息是用于删除流表则需要提供额外的匹配参数*/
uint16_t flags; /*标志位，可以用来指示流表删除后是否发送flow‐removed消息，添加流表时是否检查流表重复项，添加的流表项是否为应急流表项。*/
struct ofp_action_header actions[0]; /*action列表*/
};

控制器通过6633端口向交换机48878端口、交换机48880端口下发流表项，指导数据的转发处理