实验6：开源控制器实践——RYU

实验6：开源控制器实践——RYU

第一部分：基本实验

实验步骤1

• 步骤内容：完成Ryu控制器的安装。
• ryu --version 结果截图
  

实验步骤2

• 步骤内容：搭建下图所示SDN拓扑，协议使用Open Flow 1.0，并连接Ryu控制器。
  
• 在终端输入命令：sudo mn --topo=single,3 --mac --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 --switch ovsk,protocols=OpenFlow10建立拓扑
  

实验步骤3

• 步骤内容：通过Ryu的图形界面查看网络拓扑。
• 首先在存放有ryu的文件目录内运行终端，并输入命令：ryu-manager ryu/ryu/app/gui_topology/gui_topology.py --observe-links连接ryu控制器
• 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
• 查看到的网络拓扑如下：
  

实验步骤4

• 步骤内容：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。
• 首先编写以下代码，并命名为L2Switch.py，存放于ryu/ryu/app文件夹内
• 终端运行命令:ryu-manager L2Switch.py
• 之后仿照实验六中的功能验证方法

执行结果

• h1 ping h2
  

• h1 ping h3
  

• 通过mininet命令行输入命令：dpctl dump-flows分别查看L2Switch模块及Hub模块下控制器流表信息

• L2Switch
  

• Hub
  

• 不同：二者虽然都是实现洪泛转发功能，但是POX的下发流表可以查看，但是L2Switch的下发流表无法查看。

第二部分：进阶实验

• 实验内容：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：
• 注释结果如下:

# 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.

#引入数据包
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 = {}

    @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()
        actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,
                                          ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
        self.add_flow(datapath, 0, match, actions)

    def add_flow(self, datapath, priority, match, actions, buffer_id=None):   #增加流表项
      # 获取交换机信息
        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)

    #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)
        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
        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)

        # 了解mac地址以避免下次泛滥。
        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]
        else:   # 否则进行洪泛
            out_port = ofproto.OFPP_FLOOD

        actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]

        # 安装一个流以避免下次出现数据包_
        if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:
            match = parser.OFPMatch(in_port=in_port, eth_dst=dst, eth_src=src)
            # 验证我们是否有有效的缓冲区id，如果是，则避免同时发送这两个id
            # 流量模块和数据包输出
            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

        out = parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id,
                                  in_port=in_port, actions=actions, data=data)
        datapath.send_msg(out)  #发送流表

a) 代码当中的mac_to_port的作用是什么？
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)
可见在simple_switch_13中，会在前端加上0以填充至16位，simple_switch直接输出dpid

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下发流表的优先级相对较高

第三部分：反思与总结

实验难度

• 较难

实验过程遇到的困难及解决方法

• 首先是在ryu图形界面下查看网络拓扑过程中，输入127.0.0.1:8080的网址一直进不去，仔细看了一下之前执行连接ryu控制器中并没有正确连接
  通过多次尝试，才发现需要在包含ryu的文件目录内打开才能成功。
• 接着就是在验证L2Switch模块时候，h1 ping h2一直失败，如下图
  
  后面以为是L2Wwitch要存放在ryu内，也以为是没有先开启L2Wwitch模块的原因导致，也试着重启虚拟机，但是发现试了都没用，很疑惑。
  之后也是懵懵懂懂地成功了(一直重复试)突然就可以了
• 在注释时候，对于没有学会python的人来说，注释实在有点难，不过好在文件里已经有英文版注释了，通过百度以及看了下其他同学的注释，
  也算慢慢地弄懂了这个代码的功能。

个人感想

• 通过本次实验，使我对ryu的使用有了初步的认识与掌握，对L2Wwitch模块的洪泛转发功能有所了解，并且也能够区分出它和Hub模块的不同，
  希望能在后面实验中灵活运用二者。如刚刚遇到的困难所说，我依然对那个h1 ping h2的失败很不能理解，而且虽然成功了，但是我并没做出
  什么改动，很莫名其妙地就成了，本来想看看博客园其他同学的过程，参考一下，可惜都没找到可以解决这个问题的方法，不过倒是找到了一样遇到
  困难的，哈哈。还有就是是时候抽空学习一下python了，真的很好用。