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
- 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;
三、实验要求
(一)基本要求
- 完成Ryu控制器的安装。
- 显示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。
- 使用
sudo mn --topo=single,3 --mac --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 --switch ovsk,protocols=OpneFlow10
构建拓扑,并连接到ryu控制器
- 通过Ryu的图形界面查看网络拓扑。
- 启动ryu控制器, 查看拓扑
- 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。
L2Switch.py
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)
- 验证 LSwitch 功能
h1 ping h2
, h2和h3都能收到数据包
h1 ping h3
, 同样h2和h3都能收到数据包
由上可以直观看出L2Switch在洪泛转发- POX的Hub模块 与 RYU的L2Switch.py 的不同之处:
二者不同之处在于,L2Switch下发的流表无法查看,而Hub模块下发的流表可以查看。
(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:
simple_switch_13.py
# 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):
# 定义openflow版本
OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]
def __init__(self, *args, **kwargs):
super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)
# 定义保存mac地址到端口的一个映射
self.mac_to_port = {}
# 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
# 添加流表函数
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)]
# 判断是否有buffer_id,生成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
# 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]
# 否则进行洪泛
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,为交换机自学习功能提供数据结构进行mac端口的存储 - b) simple_switch和simple_switch_13在dpid的输出上有何不同?
simple_switch的dpid赋值:dpid = datapath.id
simple_switch_13的dpid赋值:dpid = format(datapath.id, "d").zfill(16)
在simple_switch_13中,可以直接在simple_switch中获取id,并且会在前端加上0将其填充至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
个人总结
实验难度
相对简单, 多数仍为 功能验证 和 资料阅读
本次实验主要内容在于了解及认识RYU控制器,以及动手验证RYU中L2Switch的功能,并于实验五中POX的Hub模块进行一个横向对比, 基础部分和实验五类似, 主要集中于功能验证和少量的资料阅读。在基础部分遇到的问题,也都比较奇形怪状,只能说重启可以解决50%的问题(不是)。
进阶要求难度相对适中,需要在认真阅读理解simple_switch_13.py
的源码后, 完成其注释工作, 并根据理解回答问题。这部分我在阅读源码后,又和其他同学探讨了一下,也算是写出来了, 总体难度相较实验五更友好一些(实验五英文档案PTSD)
实验六所遇到的问题
- 遭遇问题:按照老师的pdf执行
ryu-manager ryu/ryu/app/gui_topology/gui_topology.py --observe-links
结果拓扑完全ping不通 - 解决方法:好像这是正常的, 因为此时并没有流表, 所以交换机并不知道如何转发数据包
- 遭遇问题:已经把
L2Switch.py
放到ryu文件夹中, 执行ryu-manager L2Switch.py
确报错没用该模组 - 解决方法:想要使用
ryu-manager
运行自己编写的RYU应用程序,需要把编写好的RYU应用程序放入ryu/ryu/app
下, 在运行指令就正常了
实验心得
本次实验与理论课的知识相结合,相较于同为控制器的POX实验而言, 本次实验更加着重理论原理的吸收理解。令我对RYU 控制器的工作原理有了更加形象、深刻的认识与理解, 也令我对OpenFlow协议、代码分析的理解得到进一步巩固强化。在此基础之上,我也通过动手验证RYU的L2Switch、阅读分析simple_switch_13源码,初步理解、掌握RYU控制器的一些使用方法,进一步熟悉tcpdump
流表下发的操作。但也通过本次实验,再次发现我对OpenFlow协议的了解有待加深,这也将是后期学习的一个重点方向。