2019 SDN上机第5次作业

本次作业将进行RYU控制器相关实践，了解RYU控制器开发方法。

实验内容

1.浏览RYU官网学习RYU控制器的安装和RYU开发入门教程，提交你对于教程代码的理解，包括但不限于：

描述官方教程实现了一个什么样的交换机功能？
将接收到的数据包发送到所有端口的功能

控制器设定交换机支持什么版本的OpenFlow？
控制器设定交换机支持OpenFlow 1.0

控制器设定了交换机如何处理数据包？
分析代码：

from ryu.base import app_manager
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
from ryu.ofproto import ofproto_v1_0

class L2Switch(app_manager.RyuApp):
    OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_0.OFP_VERSION]

    def __init__(self, *args, **kwargs):
        super(L2Switch, self).__init__(*args, **kwargs)
#set_ev_cls”装饰器用来告诉Ryu何时应调用装饰的函数。
    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
#装饰器的第一个参数指示应调用此函数的事件类型，每次Ryu收到packet_in消息时，都会调用此函数。
#第二个参数指示开关的状态。如果想在Ryu与交换机之间的协商完成之前忽略packet_in消息，使用“ MAIN_DISPATCHER”作为第二个参数表示仅在协商完成后才调用此函数。
# L2Switch类中添加了一个新方法'packet_in_handler'。当Ryu收到OpenFlow packet_in消息时，将调用此方法。
    def packet_in_handler(self, ev):
        msg = ev.msg         #ev.msg是表示packet_in数据结构的对象。
        dp = msg.datapath     #msg.dp是代表数据路径（开关）的对象。
        ofp = dp.ofproto        #dp.ofproto和dp.ofproto_parser是代表Ryu和交换机协商的OpenFlow协议的对象
        ofp_parser = dp.ofproto_parser
#OFPActionOutput类与packet_out消息一起使用，以指定要从中发送数据包的交换机端口。该应用程序使用OFPP_FLOOD标志来指示应在所有端口上发送数据包。
OFPPacketOut类用于构建packet_out消息。
        actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(ofp.OFPP_FLOOD)]
        out = ofp_parser.OFPPacketOut(
            datapath=dp, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=msg.in_port,
            actions=actions)
        dp.send_msg(out)      #如果使用OpenFlow消息类对象调用Datapath类的send_msg方法，则Ryu会生成联机数据格式并将其发送到交换机。

具体操作的解释
ev.msg：是表示packet_in数据结构的对象。每一个事件类ev中都有msg成员，是携带触发事件的数据包

msg.datapath：是代表数据路径（开关）的对象。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

dp.ofproto和dp.ofproto_parser：是代表Ryu和交换机协商的OpenFlow协议的对象。dp.ofproto成员包含OpenFlow协议的数据结构，如动作类型OFPP_FLOOD。datapath.ofp_parser则是一个按照OpenFlow解析的数据结构

actions：是一个列表，用于存放action list，可在其中添加动作

OFPActionOutput与packet_out：他们需要配合使用，以指定要从中发送数据包的交换机端口。该应用程序使用OFPP_FLOOD标志来指示应在所有端口上发送数据包

OFPPacketOut：用于构建packet_out消息

send_msg()：发送的是一个OpenFlow的数据结构，RYU将把这个数据发送到对应的datapath。通过datapath.id可获得dpid数据

2.根据官方教程和提供的示例代码（SimpleSwitch.py），将具有自学习功能的交换机代码（SelfLearning.py）补充完整

补充完整的代码：

from ryu.base import app_manager
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
from ryu.ofproto import ofproto_v1_0

from ryu.lib.mac import haddr_to_bin
from ryu.lib.packet import packet
from ryu.lib.packet import ethernet
from ryu.lib.packet import ether_types


class SimpleSwitch(app_manager.RyuApp):
    # TODO define OpenFlow 1.0 version for the switch
    OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_0.OFP_VERSION]
    # add your code here


    def __init__(self, *args, **kwargs):
        super(SimpleSwitch, self).__init__(*args, **kwargs)
        self.mac_to_port = {}
    
    
    def add_flow(self, datapath, in_port, dst, src, actions):
        ofproto = datapath.ofproto

        match = datapath.ofproto_parser.OFPMatch(
                in_port=in_port,
                dl_dst=haddr_to_bin(dst), dl_src=haddr_to_bin(src))

        mod = datapath.ofproto_parser.OFPFlowMod(
                datapath=datapath, match=match, cookie=0,
                command=ofproto.OFPFC_ADD, idle_timeout=0, hard_timeout=0,
                priority=ofproto.OFP_DEFAULT_PRIORITY,
                flags=ofproto.OFPFF_SEND_FLOW_REM, actions=actions)
        # TODO send modified message out
        datapath.send_msg(mod)
        # add your code here

    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
    def _packet_in_handler(self, ev):
        msg = ev.msg
        datapath = msg.datapath
        ofproto = datapath.ofproto

        pkt = packet.Packet(msg.data)
        eth = pkt.get_protocol(ethernet.ethernet)

        if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
            # ignore lldp packet
            return
        if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_IPV6:
            # ignore ipv6 packet
            return       
        
        dst = eth.dst
        src = eth.src
        dpid = datapath.id
        self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})

        self.logger.info("packet in DPID:%s MAC_SRC:%s MAC_DST:%s IN_PORT:%s", dpid, src, dst, msg.in_port)

        # learn a mac address to avoid FLOOD next time.
        self.mac_to_port[dpid][src] = msg.in_port

        if dst in self.mac_to_port[dpid]:
            out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
        else:
            out_port = ofproto.OFPP_FLOOD

        # TODO define the action for output
        actions = [datapath.ofproto_parser.OFPActionOutput(out_port)]
        # add your code here


        # install a flow to avoid packet_in next time
        if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:
            self.logger.info("add flow s:DPID:%s Match:[ MAC_SRC:%s MAC_DST:%s IN_PORT:%s ], Action:[OUT_PUT:%s] ", dpid, src, dst, msg.in_port, out_port)
            self.add_flow(datapath, msg.in_port, dst, src, actions)

        data = None
        if msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:
            data = msg.data
        

        # TODO define the OpenFlow Packet Out
        out = datapath.ofproto_parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=msg.in_port,  actions=actions, data=data)
        datapath.send_msg(out)
        # add your code here

    print ("PACKET_OUT...")

3.在mininet创建一个最简拓扑，并连接RYU控制器

使用python脚本创建拓扑

from mininet.topo import Topo

class Topo5(Topo):

    def __init__(self):

        # initilaize topology
        Topo.__init__(self)

        # add hosts and switches
        h1 = self.addHost('h1')
        h2 = self.addHost('h2')

        s1 = self.addSwitch('s1')

        # add links
        self.addLink(h1, s1, 1, 1)
        self.addLink(h2, s1, 1, 2)
        
topos = {'mytopo': (lambda: Topo5())}

4.验证自学习交换机的功能，提交分析过程和验证结果
运行

sudo mn --custom 5.py --topo mytopo --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 --switch ovsk,protocols=OpenFlow10

连接ryu
ryu-manager selflearning.py

5.写下你的实验体会

这次实验对ryu有了一定的了解，Ryu是基于组件的软件定义的网络框架，支持OpenFlow1.0、1.2、1.3、1.4、1.5
能够根据提供的资料编写ryu代码
而且一定要记得python的缩进格式问题