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实验6：开源控制器实践——RYU

2021-10-19 22:31:48 作者：互联网

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。

查看ryu版本

搭建下图所示SDN拓扑，协议使用Open Flow 1.0，并连接Ryu控制器。
- 建立拓扑
  sudo mn --topo=single,3 --mac --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=8080 --switch ovsk,protocols=OpenFlow10
- 连接ryu控制器
  ryu-manager ../ryu/ryu/app/gui_topology/gui_topology.py --observe-links
通过Ryu的图形界面查看网络拓扑。
在浏览器中输入127.0.0.1:8080

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。

保存文档代码至L2Switch.py文件

 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L2Switch.py
重新构建拓扑，并对h2、h3节点进行抓包
h1 ping h2

h1 ping h3
ryu下查看拓扑流表
pox下查看拓扑流表

可以发现ryu无法查看具体流表，而pox可以。

（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


class SimpleSwitch13(app_manager.RyuApp):
	# 指定openflow版本
    OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]
	
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)
        # 初始化mac地址到端口映射表
        self.mac_to_port = {}
	
	# 处理SwitchFeatures事件
    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)
    def switch_features_handler(self, ev):
        datapath = ev.msg.datapath
        ofproto = datapath.ofproto
        parser = datapath.ofproto_parser

        # install table-miss flow entry
        #
        # We specify NO BUFFER to max_len of the output action due to
        # OVS bug. At this moment, if we specify a lesser number, e.g.,
        # 128, OVS will send Packet-In with invalid buffer_id and
        # truncated packet data. In that case, we cannot output packets
        # correctly.  The bug has been fixed in OVS v2.1.0.
        match = parser.OFPMatch()
        actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,
                                          ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
        self.add_flow(datapath, 0, match, actions)
	
	# 添加流表
    def add_flow(self, datapath, priority, match, actions, buffer_id=None):
    	# 获取交换机信息
        ofproto = datapath.ofproto
        parser = datapath.ofproto_parser
		# 对action进行包装
        inst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS,
                                             actions)]
        # 根据buffer_id生成不同的mod对象  
        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)
        # 发送mod                            
        datapath.send_msg(mod)
    # 处理PacketIn事件
    @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)
        # 获取包信息，交换机信息，协议等等
        msg = ev.msg
        datapath = msg.datapath
        ofproto = datapath.ofproto
        parser = datapath.ofproto_parser
        in_port = msg.match['in_port']

        pkt = packet.Packet(msg.data)
        eth = pkt.get_protocols(ethernet.ethernet)[0]

        if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
            # ignore lldp packet
            # 忽略LLDP类型的数据包
            return
        
        # 获取源端口，目的端口
        dst = eth.dst
        src = eth.src

        dpid = format(datapath.id, "d").zfill(16)
        self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})

        self.logger.info("packet in %s %s %s %s", dpid, src, dst, in_port)

        # learn a mac address to avoid FLOOD next time.
        # 学习包的源地址，和交换机上的入端口绑定
        self.mac_to_port[dpid][src] = in_port
        
        # 查看是否已经学习过该目的mac地址
        if dst in self.mac_to_port[dpid]:
            out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
        else:
            # 没有则进行洪泛
            out_port = ofproto.OFPP_FLOOD

        actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]

        # install a flow to avoid packet_in next time
        # 下发流表处理后续包，不再触发PACKETIN事件
        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
            else:
                self.add_flow(datapath, 1, match, actions)
        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)
        # 发送流表
        datapath.send_msg(out)

a) 代码当中的mac_to_port的作用是什么？
保存mac地址到交换机端口的映射
b) simple_switch和simple_switch_13在dpid的输出上有何不同？
simple_switch.py : dpid = datapath.id
simple_switch_13.py：dpid = format(datapath.id, "d").zfill(16)
即simple_switch_13将dpid填充0至16位
c) 相比simple_switch，simple_switch_13增加的switch_feature_handler实现了什么功能？
实现交换机以特性应答消息响应特性请求
d) simple_switch_13是如何实现流规则下发的？
在接收到packetin事件后，首先获取包学习，交换机信息，以太网信息，协议信息等。如果以太网类型是LLDP类型，则不予处理。如果不是，则获取源端口目的端口，以及交换机id，先学习源地址对应的交换机的入端口，再查看是否已经学习目的mac地址，如果没有则进行洪泛转发。如果学习过该mac地址，则查看是否有buffer_id，如果有的话，则在添加流动作时加上buffer_id，向交换机发送流表。
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下发流表的优先级更高

（三）心得

实验难度：

本次实验与实验5大致相同，先验证ryu基本功能，再了解背后实现流程，难度适中，ryu安装难度较低，但完成进阶要求，阅读理解代码难度较大。

实验过程遇到的困难及解决办法：

在运行ryu遇到如下问题：

原因是传入的文件路径对，更改路径即可

心得：

本次实验学习了ryu控制器的相关知识，根据实验内容验证了pox中hub模块功能，同时通过阅读源码，了解了 simple_switch_13流规则下发机制，进一步学习到了不同组件下，流表下发的操作。

实验本身并不难，更多的是需要耐心阅读并理解源码实现步骤。

标签：控制器,ryu,datapath,id,ofproto,开源,msg,RYU,port
来源： https://www.cnblogs.com/Jiang1-/p/15426782.html