实验6：开源控制器实践——RYU

一、实验目的

1. 能够独立部署RYU控制器；
2. 能够理解RYU控制器实现软件定义的集线器原理；
3. 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

Ubuntu 20.04 Desktop amd64

三、实验要求

（一）基本要求

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，通过Ryu的图形界面查看网络拓扑。
   

• 搭建拓扑：sudo mn --topo=single,3 --mac --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 --switch ovsk
• 并连接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，在浏览器中输入地址http://127.0.0.1:8080即可打开ryu的图形界面
  

2. 阅读Ryu文档的The First Application一节，运行当中的L2Switchryu-manager L2Switch.py
   L2Switch.py代码为：

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)

pingall 可以ping通

h1 ping h2或h3，在目标主机使用 tcpdump 验证L2Switch，分析L2Switch和POX的Hub模块有何不同？

• 开启主机终端 mininet>xterm h2 h3
• 在h2主机终端中输入tcpdump -nn -i h2-eth0
• 在h3主机终端中输入tcpdump -nn -i h3-eth0
• h1 ping h2
  
• h1 ping h3
  

分析L2Switch和POX的Hub模块有何不同?

Hub和L2Switch模块都是洪泛转发，但L2Switch模块下发的流表无法查看，而Hub模块下发的流表可以查看

3. 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）
L2102299242.py如下：

from ryu.base import app_manager
from ryu.ofproto import ofproto_v1_3
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER, CONFIG_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
 
 
class hub(app_manager.RyuApp):
    OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]
 
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        super(hub, self).__init__(*args, **kwargs)
 
    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)
    def switch_features_handler(self, ev):
        datapath = ev.msg.datapath
        ofproto = datapath.ofproto
        ofp_parser = datapath.ofproto_parser
 
        # install flow table-miss flow entry
        match = ofp_parser.OFPMatch()
        actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER, ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
        # 1\OUTPUT PORT, 2\BUFF IN SWITCH?
        self.add_flow(datapath, 0, match, actions)
 
    def add_flow(self, datapath, priority, match, actions):
        # 1\ datapath for the switch, 2\priority for flow entry, 3\match field, 4\action for packet
        ofproto = datapath.ofproto
        ofp_parser = datapath.ofproto_parser
        # install flow
        inst = [ofp_parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS, actions)]
        mod = ofp_parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, priority=priority, match=match, instructions=inst)
        datapath.send_msg(mod)
 
    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
    def packet_in_handler(self, ev):
        msg = ev.msg
        datapath = msg.datapath
        ofproto = datapath.ofproto
        ofp_parser = datapath.ofproto_parser
        in_port = msg.match['in_port']  # get in port of the packet
 
        # add a flow entry for the packet
        match = ofp_parser.OFPMatch()
        actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_FLOOD)]
        self.add_flow(datapath, 1, match, actions)
 
        # to output the current packet. for install rules only output later packets
        out = ofp_parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=in_port, actions=actions)
        # buffer id: locate the buffered packet
        datapath.send_msg(out)

修改后，用dpctl dump-flows可以查看流表：

（二）进阶要求

1. 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：

• a) 代码当中的mac_to_port的作用是什么？
• b) simple_switch和simple_switch_13在dpid的输出上有何不同？
• c) 相比simple_switch，simple_switch_13增加的switch_feature_handler实现了什么功能？
• d) simple_switch_13是如何实现流规则下发的？
• 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？

2. 编程实现和ODL实验的一样的硬超时功能。

四、个人总结

无法言语的感觉，非常难。完成进阶要求的源码注释，明显感觉到困难，因为源码中使用了许多RYU中定义的数据结构，而且对ryu的工作原理并没有很了解。在网上查询和询问同学后还没有完成注释。
我撕心裂肺，假如英语再努努力，说不定能看懂。毕竟每个Ryu应用程序都有一个事件接收队列，接收到任何一个OpenFlow消息都会产生一个相应的事件，它的源码也比较难读懂。
基本每一次使用拓扑与流表后都要sudo mn -c来清除一次，虽然不知道为什么，但是很好用，果然重启是解决问题的最好办法。
通过本次实验学到了 ryu 的基本使用方法，也加深了对 mininet 使用和原理的认知，同时也增强了我解决问题的方法。收获满满。