实验1：SDN拓扑实践

一、实验目的

• 能够使用源码安装Mininet
• 能够使用Mininet的可视化工具生成拓扑
• 能够使用Mininet的命令行生成特定拓扑
• 能够使用Mininet交互界面管理SDN拓扑
• 能够使用Python脚本构建SDN拓扑
   

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
   

三、实验要求

(一）基本要求

（1.1）在Ubuntu系统的home目录下创建一个目录，目录命名为学号

（1.2）在创建的目录下，完成Mininet的源码安装

• 查看mininet的安装路径
   
  
   

（1.3）使用Mininet可视化工具，生成下图所示的拓扑，并保存拓扑文件名为学号.py

• 将 4 台 Host、2 台 Switch 和 1 台 Controller 拖出，并用 NetLink 连接，形成下图所示的网络拓扑
   
  
   
• 命令行分别输入pingall和links查看拓扑的连通性以及是否有错误
   
  
   
• 拓扑生成并确认无误之后，可以点击 miniedit 左上角的 File 菜单，选择 Export Level 2 Script，将拓扑保存为 Python 脚本，方便之后执行脚本一键生成。
   
  
   

（1.4）使用Mininet的命令行生成如下拓扑：

• (a) 3台交换机，每个交换机连接1台主机，3台交换机连接成一条线。
   
• 在终端中输入：

sudo mn --topo linear,3

 

 

• (b) 3台主机，每个主机都连接到同1台交换机上。
   
• 在终端中输入：

sudo mn --topo single,3

 

 

(1.5)在(1.4中(b))的基础上，在Mininet交互界面上新增1台主机并且连接到交换机上，再测试新拓扑的连通性。

• 在终端中分别输入：

py net.addHost('h4')
py net.addLink(s1, h4)

• 我们可以看到h4已经连接到了s1交换机上
   
  
   
• 测试连通性，发现h4无法ping通其他主机
   
  
   

(1.6)编辑（一）中第3步保存的Python脚本，添加如下网络性能限制，生成拓扑：

• (a) h1的cpu最高不超过50%
• (b) h1和s1之间的链路带宽为10，延迟为5ms，最大队列大小为1000，损耗率50
• 修改后的代码如下

#!/usr/bin/env python

from mininet.net import Mininet
from mininet.node import Controller, RemoteController, OVSController
from mininet.node import CPULimitedHost, Host, Node
from mininet.node import OVSKernelSwitch, UserSwitch
from mininet.node import IVSSwitch
from mininet.cli import CLI
from mininet.log import setLogLevel, info
from mininet.link import TCLink, Intf
from subprocess import call

def myNetwork():

    net = Mininet( topo=None,
                   build=False,
                   ipBase='10.0.0.0/8')

    info( '*** Adding controller\n' )
    c0=net.addController(name='c0',
                      controller=Controller,
                      protocol='tcp',
                      port=6633)

    info( '*** Add switches\n')
    s1 = net.addSwitch('s1', cls=OVSKernelSwitch)
    s2 = net.addSwitch('s2', cls=OVSKernelSwitch)

    info( '*** Add hosts\n')
    h1 = net.addHost('h1', cls=Host, ip='10.0.0.1', defaultRoute=None,cpu=0.5)
    h2 = net.addHost('h2', cls=Host, ip='10.0.0.2', defaultRoute=None)
    h3 = net.addHost('h3', cls=Host, ip='10.0.0.3', defaultRoute=None)
    h4 = net.addHost('h4', cls=Host, ip='10.0.0.4', defaultRoute=None)

    info( '*** Add links\n')
    net.addLink(h1, s1, bw=10, delay='5ms',max_queue_size=1000, loss=50, use_htb=True)
    net.addLink(s1, s2)
    net.addLink(s2, h4)
    net.addLink(s2, h2)
    net.addLink(s1, h3)

    info( '*** Starting network\n')
    net.build()
    info( '*** Starting controllers\n')
    for controller in net.controllers:
        controller.start()

    info( '*** Starting switches\n')
    net.get('s1').start([c0])
    net.get('s2').start([c0])

    info( '*** Post configure switches and hosts\n')

    CLI(net)
    net.stop()

if __name__ == '__main__':
    setLogLevel( 'info' )
    myNetwork()

• 测试连通性
   
  
   
• 对h1和h2的带宽进行测试
   
  
   

（二）进阶要求

编写Python脚本，生成如下数据中心网络拓扑，要求：

• 编写.py拓扑文件，命名为“学号_fattree.py”
• 必须通过Mininet的custom参数载入上述文件，不得直接使用miniedit.py生成的.py文件
• 设备名称必须和下图一致
• 使用Python的循环功能实现，不得在代码中手工直接添加设备和链路
   
  
   
• 代码如下

#!/usr/bin/env python
from mininet.topo import Topo

class MyTopo(Topo):
	def __init__(self):

	# Initialize topology
		Topo.__init__(self)

	# addswitch
		switch=[]
		for i in range(1,15):
			self.addSwitch("s"+str(i))
			switch.append("s"+str(i))

	# addhost
		host=[]
		for i in range(1,17):
			self.addHost("h"+str(i))
			host.append("h"+str(i))

	# add links between core and aggregation ovs
		for i in range(1,3):
			for j in range(3,7):
				self.addLink("s"+str(i),"s"+str(j))

	# add links between aggregation and edge ovs
		for i in range(3,5):
			for j in range(7,11):
				self.addLink("s"+str(i),"s"+str(j))

		for i in range(5,7):
			for j in range(11,15):
				self.addLink("s"+str(i),"s"+str(j))

	#add hosts and its links with edge ovs
		for i in range(7,15):
			for j in range((i-6)*2-1,(i-6)*2+1):
				self.addLink("s"+str(i),"h"+str(j))

topos = {'mytopo': (lambda: MyTopo())}

• 终端中输入命令：

sudo mn --custom 031902213_fattree.py --topo mytopo --switch ovsbr,stp=1

• 原本要求是输入命令：

sudo mn --custom 031902213_fattree.py --topo mytopo

• 但是发现测试连通性的时候，主机无法ping通，于是网上查询发现：可能大多数情况是因为拓扑中有环路导致switch学习的时候没办法收敛。 可以使用如下参数--switch lxbr,stp=1or--switch ovsbr,stp=1 ，选择交换机类型为lxbr或者ovsbr，利用Spanning Tree Protocol（stp）。还有一种选择就是利用dpctl add-flow in_port=[switch端口],actions=output:[switch端口] 手动添加。
   
  
   
• 第一次pingall没完全成功
   
  
   
• 第二次成功了
   
  
   

四、个人总结

• 实验难度：适中
• 实验过程中遇到的困难与解决办法：刚开始安装虚拟机，ubuntu系统以及mininet的时候，在助教和老师发的教程的帮助下，挺顺利的一遍就成功了。因为是第一次用虚拟机，所以刚开始对各种操作都比较生疏，但经过这一次实验，变得更加熟练。开始做实验的时候，要运行mininet.py文件，但提示无python，于是翻看教程的最后一页才发现有解决方法。后面还有一个问题就是在进行连通性测试的时候，很多时候都pingall不成功，于是上网查询别人的解决办法，发现可能大多数情况是因为拓扑中有环路导致switch学习的时候没办法收敛。 可以使用如下参数--switch lxbr,stp=1or--switch ovsbr,stp=1 ，选择交换机类型为lxbr或者ovsbr，利用Spanning Tree Protocol（stp）。还有一种选择就是利用dpctl add-flow in_port=[switch端口],actions=output:[switch端口] 手动添加，我自己是使用了STP生成树协议。
• 个人感想：感觉每一个新的实验的开始总是困难的，但熟能生巧，相信自己会慢慢适应，最让我感兴趣的是Mininet的可视化拓扑，通过自己的布置主机以及交换机等，就可以让他们互相连通起来。以及进阶要求中用编写python脚本来生成复杂的数据中心网络拓扑，也挺有挑战性的。