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。
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。

编写程序，命名为L2Switch

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(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
  def packet_in_handler(self, ev):
      msg = ev.msg
      dp = msg.datapath
      ofp = dp.ofproto
      ofp_parser = dp.ofproto_parser

      actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(ofp.OFPP_FLOOD)]

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

      out = ofp_parser.OFPPacketOut(
          datapath=dp, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=msg.in_port,
          actions=actions, data = data)
      dp.send_msg(out)

运行Ryu

ryu-manager L2Switch.py

h1 ping h2

h1 ping h3

区别：L2Switch无法查看下发流表

（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：

# Copyright (C) 2011 Nippon Telegraph and Telephone Corporation.
# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
# you may not use this file except in compliance with the License.
# You may obtain a copy of the License at
#
#    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
#
# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or
# implied.
# See the License for the specific language governing permissions and
# limitations under the License.

from 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
# set_ev_cls指定事件类别得以接受事件消息和交换机状态作为参数
# set_ev_cls第一个参数表示事件发生时应该调用的函数，第二个参数告诉交换机只有在交换机握手完成之后，才可以被调用。
# ofp_event完成了事件的定义，从而我们可以在函数中注册handler，监听事件，并作出回应
# packet_in_handler方法用于处理packet_in事件。
# @set_ev_cls修饰符用于告知RYU，被修饰的函数应该被调用。


class SimpleSwitch13(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)
  # 定义MAC地址列表，mac_to_port表对应交换机的二层通信查询表 
      self.mac_to_port = {}

  @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ryu.controller.controller.Datapath 类别所对应的实体
      datapath = ev.msg.datapath
      ofproto = datapath.ofproto
      parser = datapath.ofproto_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
      match = parser.OFPMatch()
      actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,
                                        ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
       # 第一个是端口，第二是bufferid，若不为空，则去指定缓存区去查找流表  
  	 # 执行 add_flow() 方法以发送 Flow Mod 消息
  	self.add_flow(datapath, 0, match, actions)
    # priority = 0 ，优先级最低，为了所有流表都匹配不到的时候，才会发送到controller
  def add_flow(self, datapath, priority, match, actions, buffer_id=None):
     # 新增流表项
      ofproto = datapath.ofproto
      parser = datapath.ofproto_parser

      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)
      msg = ev.msg
      datapath = msg.datapath
      ofproto = datapath.ofproto
      parser = datapath.ofproto_parser


  	# 更新Mac地址表
      in_port = msg.match['in_port']

      pkt = packet.Packet(msg.data)
      eth = pkt.get_protocols(ethernet.ethernet)[0]
  	 # pkt.get_protocols 传入的是 协议类 参数

      if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
          # ignore lldp packet
          return
      dst = eth.dst
      src = eth.src

      dpid = format(datapath.id, "d").zfill(16)
      self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})
  	# 指定交换机dpid，默认mac_to_port表为空

      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

      if dst in self.mac_to_port[dpid]:
          out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
  		# 有目的地址寻找端口号，否则泛洪
      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   # 不用泛洪退出函数
          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)

a) 代码当中的mac_to_port的作用是什么？

mac_to_port表对应交换机的二层通信查询表，默认mac_to_port表为空

b) simple_switch和simple_switch_13在dpid的输出上有何不同？

simple_13中的dpid输出为：dpid = format(datapath.id, "d").zfill(16)，输出为指定字符串的长度，原字符串右对齐，前面填充0。

c) 相比simple_switch，simple_switch_13增加的switch_feature_handler实现了什么功能？

下发table-miss流表项

d) simple_switch_13是如何实现流规则下发的？

添加的if语句，表示流表下发缓存区id有无来区分下发,有缓存区id，到对应缓存区下发，无则自动分配，不传参buffer_id

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？

switch_features_handler下发流表的优先级高于_packet_in_handler

四、实验小结

实验难度：较难
试验过程中遇到的困难以及解决办法：

Q：

在启动ryu的时候报错

A：由于ryu是安装在学号目录下，一开始忘记忘记在学号目录下启动ryu，以为是python模块的缺少，重新又安装了一遍ryu，后来才发现是没有在安装目录下启动
个人感想

这次试验和上次实验操作差不多，主要时间都花在了代码的解读上，通过上网查阅相关资料，完成了代码的注释。通过本次实验，理解ryu控制器实现软件定义的集线器原理，理解ryu控制器实现软件定义的交换机原理。

posted @ 2021-10-19 23:52 mingliangzi 阅读(130) 评论(0) 编辑收藏举报

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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

二、实验环境

三、实验要求

（一）基本要求

（二）进阶要求

四、实验小结

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