实验3：OpenFlow协议分析实践

实验3：OpenFlow协议分析实践

一、实验目的

1. 能够运用 wireshark 对 OpenFlow 协议数据交互过程进行抓包；
2. 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

Ubuntu 20.04 Desktop amd64

三、实验要求

（一）基本要求

1. 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。
   

 

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

 

 

 

2.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。

（1）HELLO
控制器6633端口（我最高能支持OpenFlow 1.0） ---> 交换机41390端口

 

 

交换机41390端口（我最高能支持OpenFlow 1.5） ---> 控制器6633端口

 

 

于是双方建立连接，并使用OpenFlow 1.0

（2）FEATURES_REQUEST

　　从控制器6633端口到交换机41390端口，请求特征信息。

 

 

（3）SET_CONFIG

　　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41390端口

 

（4）FEATURES_REPLY

　　交换机41390端口（这是我的特征信息，请查收） ---> 控制器6633端口

 

 

 

（5）PACKET_IN

　　交换机41390端口（有数据包进来，请指示）--- 控制器6633端口

 

（6）FLOW_MOD

　　分析抓取的flow_mod数据包，控制器通过6633端口向交换机41390端口下发流表项，指导数据的转发处理

 

 

（7）PACKET_OUT

　　控制器6633端口（请按照我给你的action进行处理） ---> 交换机41390端口

 

 

 

 

3.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TCP协议，如图所示可以看出，拓扑文件中也有写出是使用TCP协议

 

 

 

 

 

（二）进阶要求

将抓包基础要求第2步的抓包结果对照OpenFlow源码，了解OpenFlow主要消息类型对应的数据结构定义。

（1）HELLO

 

 

 

/* Header on all OpenFlow packets. */
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. */
};

（2）FEATURES_REQUEST

 

源码与OFPT_HELLO代码一致（因为ofp_header为所有报文的头）

（3）OFPT_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. */
};

（4）OFPT_FEATURES_REPLY

 

 

/* Switch features. */
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. */
};

（5）OFPT_PACKET_IN

有两种情况：

交换机查找流表，发现没有匹配条目,但是这种包没有抓到过

enum ofp_packet_in_reason {
    OFPR_NO_MATCH,          /* No matching flow. */
    OFPR_ACTION             /* Action explicitly output to controller. */
};

 

 

/* Packet received on port (datapath -> controller). */
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. */
};

 

 

/* Send packet (controller -> datapath). */
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.) */
};

（7）FLOW_MOD

 

 

/* Flow setup and teardown (controller -> datapath). */
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. */
};

 

 

个人总结

实验难度

这次实验建立在前几次的实验室的基础上，有前面的基础再进行实验操作还算较为顺利。主要是抓包完成后，要对控制机跟交换机之间验证、交流信息的情况进行相应的查询。这要求对这二者之间工作原理有所掌握，这些内容老师课堂上有讲解过，基本就是二者的交互图。

实验困难

有前几次的实验基础，难度不算很大。在抓包后有碰到两个小问题，一是抓包选择，依照lab2选择具体的抓包，没有一开始抓取“any”这个抓包；二是pingall后，抓包一直在跑停不下来，正好鼠标左击出了点问题，后面通过触摸板点击后，用上下方向箭来选择相应的抓包行。

个人感想

这个实验操作，要求对OpenFlow协议的原理有足够的理解，再结合之前的操作基础，对抓包后的内容能进行简单的分析。需要掌握清楚相互间的几个“命令”消息所代表的含义跟目的作用，这样再去查询就比较清晰，能理解所代表的含义。