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

（一）基本要求

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

1.搭建下图所示SDN拓扑，协议使用Open Flow 1.0，并连接Ryu控制器。

• 在对应文件夹下执行ryu-manager gui_topology.py --observe-links启动控制器

 

 

使用命令sudo mn --topo=single,3 --mac --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 --switch ovsk,protocols=OpenFlow10搭建上述拓扑

2.通过Ryu的图形界面查看网络拓扑

 

 

 

3.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。

• 创建L2Switch.py文件,并保存在目录/home/用户名/学号/lab6/中
• 

   

   h1 ping h2

• 

   

   h1 ping h3

• 

   

   由图可见，h1 ping h2时h3也能收到数据包，h1 ping h3时h2也能收到数据包，说明L2Switch模块的功能同hub模块：为每一个交换机建立通配的洪泛规则，让交换机拥有集线器的功能

• • 分析和POX的Hub模块有何不同

    1.查看下发流表dpctl dump-flows

    2.运行ryuryu-manager L2Switch.py

    3.运行pox（Hub模块）./pox.py log.level --DEBUG forwarding.hub

    无法查看L2Switch下发的流表，而hub模块下发的流表可以查看

  • 

     

     编程修改L2Switch.py，另存为L2xxxxxxxxx.py，使之和POX的Hub模块的变得一致（xxxxxxxxx
    为学号）

  • 

    （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.
    
    # 引入包
    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版本为1.3
        OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]
    
        def __init__(self, *args, **kwargs):
            super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)
            self.mac_to_port = {} # 一个保存(交换机id, mac地址)到转发端口的字典
    
        # 处理EventOFPSwitchFeatures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()#match：流表项匹配，OFPMatch()：不匹配任何信息
            actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,
                                            ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
            self.add_flow(datapath, 0, match, actions)#添加流表项
    
        # 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
    
            # 包装action 
            inst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS,
                                               actions)]
            # 判断是否有buffer_id，生成相应的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)
    
        # 触发packet in事件时，调用_packet_in_handler函数
        @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Packet_In报文中的各种信息：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]
    
            # 忽略LLDP类型
            if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
                # ignore lldp packet
                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)
    
            # 学习包的源地址，和交换机上的入端口绑定
            # learn a mac address to avoid FLOOD next time.
            self.mac_to_port[dpid][src] = in_port
    
            # 在字典中查找目的mac地址是否有对应的出端口 
            if dst in self.mac_to_port[dpid]:
                out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
            # 没有就进行洪泛
            else:
                out_port = ofproto.OFPP_FLOOD
    
            actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]
    
            # 下发流表处理后续包，不再触发 packet in 事件
            # 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
                else:
                    self.add_flow(datapath, 1, match, actions)
            data = None
            if msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:
                data = msg.data
            # 发送Packet_out数据包
            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？
    答：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？
    答：simple_switch直接输出dpid，simple_switch_13会在不满16位的dpid前补0直到满16位
    c) 相比simple_switch，simple_switch_13增加的switch_feature_handler实现了什么功能？
    答：switch_features_handler函数是新增缺失流表项到流表中，当封包没有匹配到流表时，就触发packet_in
    d) simple_switch_13是如何实现流规则下发的？
    答：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？
    答：switch_features_handler下发流表的优先级高于_packet_in_handler。

  • • 实验心得

    • 在本次实验中，通过阅读RYU文档并查看相关模块的源代码，了解了RYU控制器的工作原理，并比较了RYU的L2Switch模块与POX的Hub模块的异同。本次的实验基础部分难度较低，最开始安装RYU时，基本上根据老师的实验指导书一步一步来，即可顺利完成，同时实验操作与前两次操作ODL和POX控制器差不多，因此能较为快速地完成对应步骤，而进阶部分则难度较大，尤其在阅读源码部分进度较慢。不过，虽然阅读源码的过程有些痛苦，但在过程中，查阅相关材料，结合源码进行阅读，也使得我对RYU的控制机制有了更为形象和深入的认识。
    • 在实验过程中遇到的问题及解决