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，并完整安装Mininet；
三、实验要求
（一）基本要求
- 完成Ryu控制器的安装。
- 搭建下图所示SDN拓扑，协议使用Open Flow 1.0，并连接Ryu控制器。
-
进入文件所在目录，连接Ryu控制器
ryu-manager gui_topology.py --observe-links -
搭建拓扑
sudo mn --topo=single,3 --mac --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=8080 --switch ovsk,protocols=OpenFlow10
- 通过Ryu的图形界面查看网络拓扑。
- 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。
文档详见：The First Application
- 编写L2Switch文件
- 运行并验证
h1 ping h2
h1 ping h3
- 分析
Hub和L2Switch实现的都是洪泛发送ICMP报文。但L2Switch下发的流表无法查看，而Hub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：
# 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()
actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,
ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]
self.add_flow(datapath, 0, match, actions)
# 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)
# 处理 packet in 事件
@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
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？
保存mac地址与交换机端口的映射，为交换机自学习提供数据结构进行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，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
本次实验难度不大，但是却总是遇到奇怪的错误，导致总是没有办法完整地把实验进行下去。
遇到的问题及解决方法
- 打开ryu报错如下
Gunicorn ImportError: cannot import name 'ALREADY_HANDLED' from 'eventlet.wsgi' in docker
解决方法：安装旧的eventlet版本：pip install eventlet==0.30.2
实验心得
可能是因为之前的误操作，导致了一些奇怪的错误，目前还没有解决，所以是借用同学的电脑来完成的实验。百度找到的解决方法都不能解决错误，从而导致实验进度缓慢。对于进阶实验来说，更多的是要去阅读代码，了解python的语法，阅读函数，在给代码注释的过程中，能够更加深刻地理解到某段代码的作用，从而更加深入地理解代码。总体来说，对于本次实验，还是了解到Hub和L2Switch的区别就在于流表的有无。所以希望可以在下次实验中能够更加深入地认识到它们的区别，以及有机会去使用它们。
