OpenFlow协议分析

实验环境

虚拟机软件（vmware workstation）
装有 mininet、python2 的 Ubuntu20.04

实验目的

能够理解 OpenFlow 协议的工作原理；
能够通过 Wireshark 抓包软件对 OpenFlow 协议进行分析；
能够使用控制器 RYU 连接交换机，并对控制器与交换机的通信流程进行分析；

实验内容

基础技能
- 使用 mininet 的可视化工具创建网络拓扑，完成相关 IP 配置，并实现主机与主机之间的 IP 通信。用抓包软件 wireshark 获取控制器与交换机之间的通信数据包。
进阶技能
- 修改基础技能中创建的网络拓扑 python 文件，设置远程控制器连接，启动 wireshark 和控制器 RYU，运行 python 文件后，在 wireshark 中查看控制器与交换机的通信流程，对具体消息进行分析。

实验步骤

可视化界面搭建网络拓扑
在超级用户模式下，在目录/mininet/examples 下，运行 miniedit.py 文件

按照拓扑图，选择对应的设备进行连接，完成拓扑图的搭建
配置 PC 的 IP 信息
在主机、交换机、控制器上点击鼠标右键，选择 Properties 即可设置其属性
Wireshark 抓包并分析
在超级用户下，使用sudo wireshark 命令开启 wirshark 软件，点击“any”，让其获取全部的数据包，之后再通过过滤器输入“openflow_v1”或“openflow_v4”，过滤出 OpenFlowv1.0 或OpenFlowv1.3 的数据报文，进行分析。

1. HELLO

HELLO 是使用来协商控制器和交换机之间openflow协议的版本号的消息。

0x01代表版本1，即 openflow1.0
Type类型为 HELLO，表示为0

2. FEATURE_REQUEST

FEATURE_REQUEST 消息是控制器用来查询交换机特性消息，如交换机ID，缓冲区数量，端口及端口属性等。

Type类型为 FEATURE_REQUEST，标识为5
Length 代表消息长度，除去消息报头
Transation ID 用来表示同一个事件

3. FEATURE_REPLY

交换机收到feature_request消息之后会回复feature_reply消息来报告自己的特性。

Datapath id 数据通道标识符，用来表示交换机的身份。在每一个控制器中独一无二。
n_buffers 一次最多缓存的数据包数量，即交换机自己的缓存能力。
n_tables 表示交换机支持的流表数量。
capabilities 交换机端口所支持的功能,有流表，端口，STP，队列，ARP 等。
actions 该bitmask表示交换机所支持的 actions，有转发和修改包头两种。
Port 交换机连接的端口消息。端口MAC地址，链路数据等。

4. SET_CONFIG

SET_CONFIG 消息是控制器对交换机进行配置的消息。控制器可以配置交换机的 MTU，报文分片处理等能力。

5. PACKET_IN

当交换机遇到不知道如何转发的报文时，使用 Packet_IN 消息将无法处理的报文封装起来发送给控制器，交给控制器去判断处理。并且交换机会将该数据包缓存。

Buffer_id Packet-IN 消息所携带的数据包在交换机中的缓存 ID。
Total length 帧的长度。
In port 数据包进入交换机的入端口号。
Reason packet-in事件的产生原因，分为两种：OFPR_NO_MATCH和OFPR_ACTION。

6. PACKET_OUT

控制器可以使用 Packet_Out 消息，告诉交换机某一个数据包如何处理

In port 数据包进入交换机的入端口号。
Actions length 动作信息的长度。

7. FLOW_MOD
FLOW_MOD 消息的作用是下发流表项。通过 Flow_Mod 消息可以对流表进行添加、删除、变更设置等操作

Command 表示flow-mod消息的动作。一共五种，实现对流表的增、删、改操作。
Idle time-out 流表匹配数据计时器，如果该时间内流表匹配信息还未到达则删除流表。
hard time-out 流表项老化时间。一项流表在交换机中存在的时间超过该时间则删除流表项。
Priroity 流表项优先级，数字越大越优先。
Buffer Id 交换机上保存的，发送至控制器请求处理的流表的编号。

8. ECHO_REQUEST
控制器和交换机通过 ECHO_REQUEST 和 ECHO_REPLY 报文保持连接

9. ECHO_REPLY