RyuBook1.0案例一:Switching Hub项目源码分析
开发目标
实现一个带MAC地址学习功能的二层交换机
Openflow交换机与Openflow控制器安全通道建立步骤
- switch and controller建立未加密TCP连接或者加密的TLS连接
- 确定连接通道的Openflow版本
- 握手
- 其他操作
建立连接通道后，二者发生Hello包，进行协商Openflow版本号
完成交换Hello消息之后建立安全通道，执行握手。Controller发生Features请求，并处理Features响应
接收到Features响应，控制器可以向交换机发送SET_CONFIG或者GET_CONFIG请求消息，进行设置交换机默认配置或者查询交换机配置。
之后，可以进行OpenFlow的其他操作
Flow-Mod消息
Flow-Mod(Modify Flow Entry Message)由控制器向交换机下发的设置流表项的信息
其中 ofp_match结构体为数据包匹配部分。
程序分析
设置想要向交换机协商的OpenFlow版本号
OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]
下发Table-miss流表项
设置完成该项参数配置，控制器自动执行第一步操作，即交换Hello包，协商版本号。协商完成之后，自动执行交换Features包，进行握手。
握手完成后，使用set_ev_cls函数处理Features响应包
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)
第二项参数详情如下：
| Defination | Explanation |
|---|---|
| HANDSHAKE_DISPATCHER | 交换HELLO消息 |
| CONFIG_DISPATCHER | 等待接收SwitchFeatures消息 |
| MAIN_DISPATCHER | 正常状态 |
| DEAD_DISPATCHER | 连接断开 |
定义处理函数，并解析返回包的字段
def switch_features_handler(self, ev):
datapath = ev.msg.data
ofproto = datapath.ofproto
parser = datapath.ofproto_parser
安装table-miss entry
match = parser.OFPMatch()
table-miss:
OpenFlow1.3版本为处理table miss事件专门引入的条目。并规定每一个flow table必须要支持table-miss flow entry去处理table miss情况。table-miss flow entry具备最低的优先级(0);必须至少能够支持使用CONTROLLER保留端口发送包，使用Clear-Actions指令丢包；table-miss flow entry和其他flow entry具有相同的特性：默认不存在，控制器可以随时添加或丢弃该条目，也可以到期；如果使用CONTROLLER保留端口发生数据包，Packet-In发送原因必须标明table-miss。
actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,
ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
OFPActionOutput() ：使用一个packet_out 消息去指定你想从交换机的哪个端口发送出数据包。在该应用中，按照标准指定通过CONTROLLER保留端口发生，所以选择了OFPP_CONTROLLER端口。第二个参数OFPCML_NO_BUFFER，指明：消息中必须包含完整的包,而不会被缓冲。
指定完成actions，使用类的add_flow向控制器添加流表项
self.add_flow(self, datapath, 0, match, actions)
接下来分析add_flow的具体实现过程：
构建OpenFlow流表消息
inst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS, actions)]
mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, priority=priority,
match=match, instructions=inst)
OpenFlow目前主流版本为Openflow1.0，1.1，1.3。相比1.0版本，1.3版本流表项结构变化很大，在这里我们用到的Instruction可以说是1.0版本中Actions的拓展。Instruction主要负责将流表转发到其他Table，流水线，或者进行其他转发操作。
- OFPIT_APPLY_ACTIONS: 立即应用actions操作到交换机
函数OFPFlowMod()负责构建Flow-Mod消息
使用send()函数发送flow-mod消息
datapath.send(mod)
以上步骤完成下发配置table-miss流表项
MAC地址学习功能实现
MAC地址学习功能，主要要处理接收到的Packet-In数据包，所以重写set_cls_ev函数
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
- ofp_event.EventOFPPacketIn: 指处理PacketIn消息
- MAIN_DISPATCHER: ???
解析数据包
def _package_in_handler(self, ev):
msg = ev.msg
datapath = msg.datapath
ofproto = datapath.ofproto
parser = datapath.ofproto_parser
获取datapath.id
dpid = datapath.id
datapath是交换机的唯一标识，即dpid
添加dpid: {}到mac地址、port字典中
self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})
从datapath中解析dst，src
pkt = packet.Packet(msg.data)
eth_pkt = pkt.get_protocol(ethernet.ethernet)
dst = eth_pkt.dst
src = eth_pkt.src
从datapath中匹配出in_port
in_port = msg.match['in_port']
存储in_port和mac
self.mac_to_port[dpid][src] = in_port
检查，如果已经存储过port和mac，如果存在，则配置out_port为指定端口；如果不存在，则使用OFPP_FLOOD端口，向全部端口进行泛洪。
if dst in self.mac_to_port[dpid]:
out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
else:
out_port = ofproto.OFPP_FLOOD
构建Actions
actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]
如果out_port非Flood端口，则下发流表到交换机
if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:
match = parser.OFPMatch(in_port=in_port, eth_dst=dst)
self.add_flow(datapath, 1, match, actions)
构建Packet_Out消息，并发送到交换机
out = parser.OFPPacketOut(datapath=datapath,
buffer_id=ofproto.OFP_NO_BUFFER,
in_port=in_port, actions=actions,
data=msg.data)
datapath.send_msg(out)
