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。
搭建下图所示SDN拓扑，协议使用Open Flow 1.0，并连接Ryu控制器。
拓扑建议用命令：sudo mn --topo=single,3 --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 --switch ovsk,protocols=OpenFlow10
通过Ryu的图形界面查看网络拓扑。
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。
h1 ping h2：
h1 ping h3:
不同：
此应用程序使用OFPP_FLOOD标志表示应在所有端口发送数据包。pox的hub也是对所以端口发送数据包。
只是集线器hub跟switch所基于转发的形式有所不同而已
（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：
点击查看代码
rom 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):# 继承ryu.base.app_manager.RyuApp
OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION] # 指定OpenFlow 1.3版本
def __init__(self, *args, **kwargs):
super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)
self.mac_to_port = {} # 定义MAC地址列表
# set_ev_cls指定事件类别得以接受消息和交换机状态作为参数
# 其中事件类别名称为ryu.controller.ofp_event.EventOFP+<OpenFlow消息名称>
# 例如：在 Packet-In 消息的状态下的事件名称为EventOFPPacketIn
# 对于交换机的状态来说，可指定以下中的一项
# ryu.controller.handler.HANDSHAKE_DISPATCHER 交换 HELLO 消息
# ryu.controller.handler.CONFIG_DISPATCHER 接收SwitchFeatures消息
# ryu.controller.handler.MAIN_DISPATCHER 一般状态
# ryu.controller.handler.DEAD_DISPATCHER 连线中断
@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
# msg.datapath是用来存储OpenFlow交换机的 ryu.controller.controller.Datapath 类别所对应的实体
datapath = ev.msg.datapath
ofproto = datapath.ofproto # ofproto表示使用的OpenFlow版本所对应的ryu.ofproto.ofproto_v1_3
parser = datapath.ofproto_parser # 和ofproto一样，有对应版本ryu.ofproto.ofproto_v1_3_parser
# 下发table-miss流表项，让交换机对于不会处理的数据包通过packet-in消息上交给Ryu控制器！！！
# 匹配数据包
# 若数据包没有 match 任何一个普通 Flow Entry 时，则触发 Packet-In
match = parser.OFPMatch()
# 通过预留端口ofproto.OFPP_CONTROLLER，将packet-in消息发送给controller，并通过ofproto.OFPCML_NO_BUFFE指明Racket-in消息的原因是table miss
actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,
ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
# 执行 add_flow() 方法以发送 Flow Mod 消息
self.add_flow(datapath, 0, match, actions)
def add_flow(self, datapath, priority, match, actions, buffer_id=None):
# 新增流表项
ofproto = datapath.ofproto
parser = datapath.ofproto_parser
# Apply Actions 是用来设定那些必须立即执行的 action 所使用
inst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS,
actions)]
# 通过 Flow Mod 消息将 Flow Entry 新增到 Flow table 中
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)
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)
# 为了接收处理未知目的地的数据包，需要执行Packet-In 事件管理
msg = ev.msg # 每一个事件类ev中都有msg成员，用于携带触发事件的数据包
datapath = msg.datapath # 已经格式化的msg其实就是一个packet_in报文，msg.datapath直接可以获得packet_in报文的datapath结构
# datapath用于描述一个交换网桥，也是和控制器通信的实体单元。
# datapath.send_msg()函数用于发送数据到指定datapath。
# 通过datapath.id可获得dpid数据。
ofproto = datapath.ofproto # datapath.ofproto对象是一个OpenFlow协议数据结构的对象，成员包含OpenFlow协议的数据结构，如动作类型OFPP_FLOOD
parser = datapath.ofproto_parser # datapath.ofp_parser则是一个按照OpenFlow解析的数据结构。
# 更新Mac地址表
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:
# ignore lldp packet
return
dst = eth.dst
src = eth.src
dpid = datapath.id
self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})
self.logger.info("packet in %s %s %s %s", dpid, src, dst, in_port)
# learn a mac address to avoid FLOOD next time.
self.mac_to_port[dpid][src] = in_port
# 判断转发的数据包的连接端口
# 目的 MAC 位址若存在于 MAC 地址表，则判断该连接端口号码为输出。
# 反之若不存在于 MAC 地址表则 OUTPUT action 类别的实体并生成 flooding（ OFPP_FLOOD ）给目的连接端口使用。
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)]
# 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)
# 在 MAC 地址表中找寻目的 MAC 地址，若是有找到则发送 Packet-Out 讯息，并且转送数据包。
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)
b) simple_switch和simple_switch_13在dpid的输出上有何不同？
解：simple_switch对id长度没有限制，simple_switch_13用zfill()指定长度16
c) 相比simple_switch，simple_switch_13增加的switch_feature_handler实现了什么功能？
解：安装无目标的流表条目
d) simple_switch_13是如何实现流规则下发的？
解：收到包后进行学习，如果mac地址存在则进行转发，不存在就使用洪泛转发
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？
解：switch_features_handler在数据包中没有match后会触发Packet-In，之后才到_packet_in_handler处理，优先级应该是switch_features_handler更高
总结：
这个实验建议用命令去执行拓扑，因为可视化的话会有一堆的问题，太难了，比如啥stop之后就不能在run了等等，第二个L2switch的时候我还以为他是ryu自己的py文件，直接运行，最好去包里面找，果然还是没有，最后自己打开了实验参考文档，通过老师给的链接，参考别人的L2代码，自己打了一个，十分尴尬。说到底就是自己对于ryu还没没有足够深的理解把。后面会加深对ryu的学习，bilibili上也有很多教学ryu的。进阶任务主要还是参考同学的代码，自己跟着敲。同学的代码也都有一些注释，还是看得懂的。再接再励。
