实验3:OpenFlow协议分析实践
作者:互联网
实验3:OpenFlow协议分析实践
一、实验目的
- 能够运用 wireshark 对 OpenFlow 协议数据交互过程进行抓包;
- 能够借助包解析工具,分析与解释 OpenFlow协议的数据包交互过程与机制。
二、实验环境
- 下载虚拟机软件Oracle VisualBox;
- 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
- 搭建下图所示拓扑,完成相关 IP 配置,并实现主机与主机之间的 IP 通信。用抓包软件获取控制器与交换机之间的通信数据包。
主机 | IP地址 |
---|---|
h1 | 192.168.0.101/24 |
h2 | 192.168.0.102/24 |
h3 | 192.168.0.103/24 |
h4 | 192.168.0.104/24 |
-
打开miniedit,绘制如题述拓扑图,保存拓扑至/home/ubuntu/031902218/lab3
-
使用编辑器打开刚才保存的文件topo.py,如下修改主机IP设置
-
测试配置效果
主机之间可以相互通信,说明拓扑建立成功
-
查看抓包结果,分析OpenFlow协议中交换机与控制器的消息交互过程,画出相关交互图或流程图。
由于题述拓扑中存在两个交换机,这里只以其中一个交换机与控制器的交互作为说明
-
Hello
交换机和控制器互相发送Hello报文,控制器默认使用OpenFlow1.0版本,交换机我们先前设置其支持OpenFlow1.0和1.3,这里交换机使用所能支持的最高版本OpenFlow1.3进行通信。最后按照规定两者以较低版本1.0进行通信
控制器6633端口(我最高能支持OpenFlow 1.0) ---> 交换机33616端口
交换机33616端口(我最高能支持OpenFlow 1.3)---> 控制器6633端口
-
Features Request / Set Config
控制器向交换机发送FEATURES_REQUEST询问交换机信息
控制器向交换机发送SET_CONFIG配置相关指标
控制器6633端口(我需要你的特征信息) ---> 交换机33616端口
控制器6633端口(请按照我给你的flag和max bytes of packet进行配置) ---> 交换机33616端口
-
Port_Status
当交换机端口发生变化时,告知控制器相应的端口状态
-
Features Reply
交换机收到Features Request之后随即发送Features Reply,将自己的信息发送至控制器
交换机33616端口(这是我的特征信息,请查收)---> 控制器6633端口
-
Packet_in
出现Packet_in有两种情况:
-
交换机查找流表,发现没有匹配条目时
-
有匹配条目但是对应的action是OUTPUT=CONTROLLER时
交换机33616端口(有数据包进来,请指示)--- 控制器6633端口
-
-
Packet_out
控制器6633端口(请按照我给你的action进行处理) ---> 交换机33616端口
-
Flow_mod
在该过程中我并未抓取到该类型的数据包
-
相关交互图
由于Features Request / Set Config和Packet_out / Flow_mod没有明显的先后关系所以放在一起
-
-
回答问题:交换机与控制器建立通信时是使用TCP协议还是UDP协议?
使用了TCP协议,抓包截图与topo.py源码中均能体现
(二)进阶要求
-
将抓包结果对照OpenFlow源码,了解OpenFlow主要消息类型对应的数据结构定义。
-
Hello
struct ofp_header { uint8_t version; /* OFP_VERSION. */ uint8_t type; /* One of the OFPT_ constants. */ uint16_t length; /* Length including this ofp_header. */ uint32_t xid; /* Transaction id associated with this packet. Replies use the same id as was in the request to facilitate pairing. */ }; struct ofp_hello { struct ofp_header header; };
-
Features Request
可以发现这一个消息类型的格式与Hello一致,含有一个头部ofp_header
-
Set Config
/* Switch configuration. */ struct ofp_switch_config { struct ofp_header header; uint16_t flags; /* OFPC_* flags. */ uint16_t miss_send_len; /* Max bytes of new flow that datapath should send to the controller. */ };
以上可以看出这个消息类型用于控制器向交换机发送配置信息
-
Port_Status
/* A physical port has changed in the datapath */ struct ofp_port_status { struct ofp_header header; uint8_t reason; /* One of OFPPR_*. */ uint8_t pad[7]; /* Align to 64-bits. */ struct ofp_phy_port desc; };
-
Features Reply
struct ofp_switch_features { struct ofp_header header; uint64_t datapath_id; /* Datapath unique ID. The lower 48-bits are for a MAC address, while the upper 16-bits are implementer-defined. */ uint32_t n_buffers; /* Max packets buffered at once. */ uint8_t n_tables; /* Number of tables supported by datapath. */ uint8_t pad[3]; /* Align to 64-bits. */ /* Features. */ uint32_t capabilities; /* Bitmap of support "ofp_capabilities". */ uint32_t actions; /* Bitmap of supported "ofp_action_type"s. */ /* Port info.*/ struct ofp_phy_port ports[0]; /* Port definitions. The number of ports is inferred from the length field in the header. */ }; /* Description of a physical port */ struct ofp_phy_port { uint16_t port_no; uint8_t hw_addr[OFP_ETH_ALEN]; char name[OFP_MAX_PORT_NAME_LEN]; /* Null-terminated */ uint32_t config; /* Bitmap of OFPPC_* flags. */ uint32_t state; /* Bitmap of OFPPS_* flags. */ /* Bitmaps of OFPPF_* that describe features. All bits zeroed if * unsupported or unavailable. */ uint32_t curr; /* Current features. */ uint32_t advertised; /* Features being advertised by the port. */ uint32_t supported; /* Features supported by the port. */ uint32_t peer; /* Features advertised by peer. */ };
-
Packet_in
struct ofp_packet_in { struct ofp_header header; uint32_t buffer_id; /* ID assigned by datapath. */ uint16_t total_len; /* Full length of frame. */ uint16_t in_port; /* Port on which frame was received. */ uint8_t reason; /* Reason packet is being sent (one of OFPR_*) */ uint8_t pad; uint8_t data[0]; /* Ethernet frame, halfway through 32-bit word, so the IP header is 32-bit aligned. The amount of data is inferred from the length field in the header. Because of padding, offsetof(struct ofp_packet_in, data) == sizeof(struct ofp_packet_in) - 2. */
除以上与这种情况外,还有Packet_in数据报还有一种:
enum ofp_packet_in_reason { OFPR_NO_MATCH, /* No matching flow. */ OFPR_ACTION /* Action explicitly output to controller. */ };
-
Packet_out
struct ofp_packet_out { struct ofp_header header; uint32_t buffer_id; /* ID assigned by datapath (-1 if none). */ uint16_t in_port; /* Packet's input port (OFPP_NONE if none). */ uint16_t actions_len; /* Size of action array in bytes. */ struct ofp_action_header actions[0]; /* Actions. */ /* uint8_t data[0]; */ /* Packet data. The length is inferred from the length field in the header. (Only meaningful if buffer_id == -1.) */ };
-
Flow_mod
由于未找到这种数据包这里只有对应的源码
struct ofp_flow_mod { struct ofp_header header; struct ofp_match match; /* Fields to match */ uint64_t cookie; /* Opaque controller-issued identifier. */ /* Flow actions. */ uint16_t command; /* One of OFPFC_*. */ uint16_t idle_timeout; /* Idle time before discarding (seconds). */ uint16_t hard_timeout; /* Max time before discarding (seconds). */ uint16_t priority; /* Priority level of flow entry. */ uint32_t buffer_id; /* Buffered packet to apply to (or -1). Not meaningful for OFPFC_DELETE*. */ uint16_t out_port; /* For OFPFC_DELETE* commands, require matching entries to include this as an output port. A value of OFPP_NONE indicates no restriction. */ uint16_t flags; /* One of OFPFF_*. */ struct ofp_action_header actions[0]; /* The action length is inferred from the length field in the header. */ }; struct ofp_action_header { uint16_t type; /* One of OFPAT_*. */ uint16_t len; /* Length of action, including this header. This is the length of action, including any padding to make it 64-bit aligned. */ uint8_t pad[4]; };
-
四、个人总结
-
实验难度:较难
这次实验涉及到了较多的知识盲区,且网上资料较为零散,查找相关知识的时间成本较高。在实验的过程中遇到了一些比较陌生的问题,查找了大量资料和阅读了源码才得以解决,总体上来说还是挺有挑战性的。
-
实验过程遇到的困难:
1.问题:在使用miniedit建立拓扑时,由于关于OpenFlow协议的内容是而外设置的,在导出python文件后,代码中没有体现OpenFlow协议的设置过程,导致利用导出的python文件建立拓扑时,使用wireshark抓包,找不到使用OpenFlow1.3的数据报,无法进行后续操作
解决方案:查找了相关的资料,在这篇文章中如何修改mininet中交换机的OpenFlow协议 | SDNLAB知识社区找到了一些思路,net.addSwitch()过程中应该可以添加相关参数设置协议类型,于是就阅读了mininet下node.py的源码:
可以在添加交换机时如下进行设置:
使得交换机支持两种协议,这样在最开始时就可以收到交换机发向控制器支持OpenFlow1.3的数据报
2.问题:在实际使用wireshark抓包的时候会发现:控制器并没有收到Features Reply后再发送Set config
解决方案:查阅了相关资料发现, OpenFlow规范中并没有规定握手之后必须发送Set config消息,这取决于控制器;所以Features Reply和Set config的顺序是不一定的
-
个人感想:
通过这次实验学到了很多与OpenFlow协议相关的知识,虽然在过程中还是遇到了很多奇奇怪怪的问题,但是在查阅资料和阅读源码下还是得到了解决,寻找问题的答案是一个痛并快乐着的过程,能够让你在实践中收获到更多实在的经验;对于软件定义网络整体的认识还是比较浅薄,后续还应继续扎实基础,完善自己的知识体系。
标签:控制器,struct,uint16,OpenFlow,实践,header,ofp,交换机,实验 来源: https://www.cnblogs.com/beyondzones/p/15327257.html