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
Ubuntu 20.04 Desktop amd64
三、实验要求
（一）基本要求
- 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。
搭建如上图所示的拓扑，并开启ryu控制器
搭建如上图所示的拓扑，并开启ryu控制器
通过Ryu的图形界面查看网络拓扑
L2Switch模块代码
h1 ping h2(观察到h2,h3都接收到数据包)
h1 ping h3(观察到h2,h3都接收到数据包)
通过dpctl dump-flows命令检查ryu的L2Switch模块和pox的Hub模块的区别
在连接ryu控制器，启动L2Switch模块后查看下发流表
在连接pox控制器，启动Hub模块后查看下发流表
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.
#导入需要使用的相应包
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 1.3版本
OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]
def __init__(self, *args, **kwargs):
super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)
#self.mac_to_port是mac地址映射到转发端口的字典。
self.mac_to_port = {}
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)
def switch_features_handler(self, ev):
# ev.msg 是用来存储对应事件的 OpenFlow 消息类别实体
datapath = ev.msg.datapath
# ofproto表示使用的OpenFlow版本所对应的ryu.ofproto.ofproto_v1_3
ofproto = datapath.ofproto
# 使用对应版本的ryu.ofproto.ofproto_v1_3_parser来解析协议
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()
actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,
ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
# priority = 0表示优先级最低，即若所有流表都匹配不到时，才会把数据包发送到controller
self.add_flow(datapath, 0, match, actions)
# 执行 add_flow() 方法以发送 Flow Mod 消息
def add_flow(self, datapath, priority, match, actions, buffer_id=None):
ofproto = datapath.ofproto
parser = datapath.ofproto_parser
inst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS,
actions)]
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)
datapath.send_msg(mod)
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
# 处理PacketIn事件
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)
#从事件类里取出一些参数
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]
if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
#接受到了lldp包，就直接丢弃
# ignore lldp packet
return
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)
#进行自学习，尽可能避免在下一次洪泛
# learn a mac address to avoid FLOOD next time.
#dpid是交换机的id，src是数据包的源mac地址，in_port是交换机接受到包的端口
self.mac_to_port[dpid][src] = in_port
#检验目的地址是否已经学习
if dst in self.mac_to_port[dpid]:
#如果已经学习到，则向交换机下发流表,并让交换机向相应端口转发包
out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
else:
#如果还没有学习到，则无法下发流表，让交换机洪泛转发包。
out_port = ofproto.OFPP_FLOOD
actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]
# 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:
#buffer_id不为None，控制器只需下发流表的命令，交换机增加了流表项后，位于缓冲区的数据包会自动转发出去。
self.add_flow(datapath, 1, match, actions, msg.buffer_id)
return
else:
#buffer_id为None，那么控制器不仅要更改交换机的流表项，
self.add_flow(datapath, 1, match, actions)
#还要把数据包的信息传给交换机，让交换机把数据包转发出去。
data = None
if msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:
data = msg.data
out = parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id,
in_port=in_port, actions=actions, data=data)
datapath.send_msg(out)
a) 代码当中的mac_to_port的作用是什么？
Mac_to_port是mac地址映射到转发端口的字典，可用于交换机自学习。
b) simple_switch和simple_switch_13在dpid的输出上有何不同？
差别在于：smiple_switch直接输出dpid,而simple_switch_13则在dpid前端填充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？
实现了交换机以特性应答消息来响应特性请求的功能
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。若以太网类型是LLDP类型，则不予处理。如果不是，则获取源端口的目的端口和交换机id,先学习源地址对应的交换机的入端口，再查看是否已学习目的mac地址，如果没有则进行泛洪转发。如果学习过该mac地址，则查看是否有buffer_id,如果有的话，则在添加流表信息时加上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下发流表的优先级比_packet_in_handler的优先级高
（三）实践心得
在本次实践中，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。本次实验的基础部分难度中等，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中有些痛苦，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。这就是我本次实验的心得。
