ONOS实现SDN网络组播

组表效果实现

0x00 OpenFlow组表

功能

实现更高级的数据包转发特性，如：组播、负载均衡、容灾备份和聚合

组表项

• 组表号groupId:标识组表，用于组表区分
• 组表类型type:与流表转发类型相似，表示对应的动作(action)：Indirect、All、Select、Indirect、Fast failover

  • Inidirct:执行该group中一个已定义的bucket， 该组仅支持一个bucket。 允许多个流表项或组表项指向一个公共的组（例如IP转发的下一跳）。 这是最简单的group类型，交换机通常比较支持这种类型的group。

  • All:执行该group中所有的bucket。这种类型的group用来进行multicast和broadcast。为每个bucket克隆一份数据包，然后分别执行每个bucket中的actions。

  • Select:执行该group中的一个bucket。基于一种选择算法（用户定义的哈希算法或者轮询算法）选择group中的一个bucket对数据包执行actions。这种选择算法应该尽量支持负载均衡并且为每个bucket提供一个权重用于分配。当一个bucket指定的端口down掉，交换机应该将选择限制在剩下的正常的bucket中而不是丢掉，这是为了减少链路中断。

  • Fast failover：执行第一个活动的bucket。 每个action bucket都与控制其活动性的特定端口和/或组相关联。 按照group定义的顺序评估bucket，并选择与活动端口/组关联的第一个bucket。 这个group类型使交换机可以更改转发行为而无需往返于控制器。 如果没有bucket，则丢弃数据包。

• 计数器counters:记录处理过的报文数
• 动作桶action buckets:动作桶(action bucket)列表，每个动作桶包含相关动作和参数

0x01 实验拓扑

目的

组播组外的主机向任一组播主机发送的数据包，能够被组播组所有主机接收。

组成

• h0为非组播主机，负责发送数据包到组播段。
• h1 h2 h3为组播段主机，到任一主机的数据包会被复制到其他主机。
• s7为组播交换机，负责连接组播段和网络拓扑。

效果

0x02 脚本编写

处理拓扑信息

• 找到重复挂载交换机

  # get device
  for i in resp_port["hosts"]:
  	if i["ipAddresses"][0] == host_ip:
  		group_deviceId = i["locations"][0]["elementId"]
  

• 找到组播交换机对应端口

  # get ports
  for i in resp_port["hosts"]:
      if i["locations"][0]["elementId"] == group_deviceId:
          # get multicast host
          group_ports.append(i["locations"][0]["port"])
      else:
          # get link port
          link_port = i["locations"][0]["port"]
  return group_deviceId, group_ports, link_port
  

流表组表内容

• 组表项

  data = {
          "type": "ALL",
          "appCookie": "0x1234abcd",
          "groupId": 1,
          "buckets": []
  }
  for i in range(len(host_ports)):
      instruction = [{"type": "OUTPUT"}]
      instruction[0]["port"]= str(host_ports[i])
      treatment = {"instructions": instruction}
      data["buckets"].append({"weight": 1,"treatment": treatment})
  

• 流表项

  params = {"appId": "myApp"}
  data = {
      "priority": 10,
      "timeout": 0,
      "isPermanent": True,
      "deviceId": deviceId,
      "treatment": {
           "instructions": [
              {
                  "type": "GROUP",
                  "groupId": 1
              }
           ]
      },
      "selector": {
          "criteria": [
              {
                  "type": "ETH_TYPE",
                  "ethType": "0x800"
               },
              {
                  "type": "IN_PORT",
                  "port": link_port
              }
          ]
      }
  }
  

0x03 存在问题

和组播实现有一定距离

• 只是简单完成了数据包的复制转发，没有落实组播段的真实意义。
• 组播的目的仍为单播形式，目的地为单个主机ip。

拓扑过于理想

• 所有组播主机连在同一个交换机上，端口处理固定化。
• 组播交换机上没有非组播主机。

0x04 解决方案

建立实际拓扑

• 将组播主机分布在网络拓扑的各个分支。
• 组播主机需和至少一个非组播主机位于同一个分支。

基于图生成组播树

• 在dijkstra算法选路的基础上，寻找组播树的上确界。

修改组表

• 将转发命令精确到每个组播主机。

0x05 方案实践

添加组播组

• 将组播组按照规定格式存入GROUPS组

  GROUPS = [{"deviceId":"","port":"","vlan":"192.168.0.1","ip":["10.0.1.1","10.0.1.2"],"HostPort":[],"mac": {}}]
  

• 在获取拓扑过程中完善GROUPS中信息

修改数据目的信息

• 通过组表的动作桶修改数据包目的IP和MAC，使得转发后目的主机能够接收响应

   instruction = [{"type": "L2MODIFICATION","subtype": "ETH_DST","mac": GROUPS[groupId]["mac"][GROUPS[groupId]["ip"][i]]},
                  {"type": "L3MODIFICATION","subtype":"IPV4_DST","ip":GROUPS[groupId]["ip"][i]},
                  {"type": "OUTPUT","port":GROUPS[groupId]["HostPort"][i]},]
  

设置vlan

• 要ping的组播段IP与GROUPS中组播段匹配

  vlanIp = "192.168.0.1"
  

• vlan默认挂载在组播组第一个主机直连的SDN交换机端口，组播的信息需要经过该端口进行复制转发

  # Source to vlan
  dstPort = GROUPS[groupId]["deviceId"]+" "+GROUPS[groupId]["port"]
  path = sn.get_path(srcIp, dstPort)
  

0x06 改进效果展示

ping组播段内主机

• 得到重复回复

  

• 说明10.0.1.2能够接收10.0.0.1发送给10.0.1.1的报文

基于VLC实现视频流转发

• 源(10.0.0.1)发送视频流至目的(10.0.1.1)

  

• 组播段其余主机(10.0.1.2)也收到视频流，效果实现

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本文作者：ch3uhx9
本文链接：https://www.cnblogs.com/cheuhxg/p/14352924.html
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