2019 SDN上机第5次作业

1.作业要求：

• 浏览RYU官网学习RYU控制器的安装和RYU开发入门教程，提交对于教程代码的理解，包括但不限于：

  1.描述官方教程实现了一个什么样的交换机功能？

  2.控制器设定交换机支持什么版本的OpenFlow？

  3.控制器设定了交换机如何处理数据包？

• 根据官方教程和提供的示例代码（SimpleSwitch.py），将具有自学习功能的交换机代码（SelfLearning.py）补充完整

  代码链接：https://github.com/Emil-501/-RYUSwitch

• 在mininet创建一个最简拓扑，并连接RYU控制器

• 验证自学习交换机的功能，提交分析过程和验证结果

• 写下实验体会

• 作业博客链接：http://edu.cnblogs.com/campus/fzu/fzusdn2019/homework/10083

2.具体操作步骤与截图说明：

实验环境：VMware Workstation Pro14.1、ubuntu-16.04

（1）浏览RYU官网学习RYU控制器的安装和RYU开发入门教程，提交对于教程代码的理解，包括但不限于：

安装RYU控制器：

a.描述官方教程实现了一个什么样的交换机功能？

​ 官方教程实现了一个将接收到的数据包发送到所有端口的交换机功能。

b.控制器设定交换机支持什么版本的OpenFlow?

​ 控制器设定交换机支持OpenFlow v1.0版本。

from ryu.ofproto import ofproto_v1_0
OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_0.OFP_VERSION]
ofp = dp.ofproto
ofp_parser = dp.ofproto_parser  
#dp.ofproto和dp.ofproto_parser是代表Ryu和交换机协商的OpenFlow协议的对象

c.控制器设定了交换机如何处理数据包？

​ 交换机处理数据包的代码如下所示：

@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)

当ryu控制器接收到数据包时，通过set_ev_cls来告知交换机，调用新增函数packet_in_handler来处理数据包。其中第一个参数ofp_event.EventOFPPacketIn指示应调用此函数的事件类型；第二个参数MAIN_DISPATCHER指示开关的状态，使用 MAIN_DISPATCHER作为第二个参数表示仅在协商完成后才调用此函数。

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)]
        out = ofp_parser.OFPPacketOut(
            datapath=dp, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=msg.in_port,
            actions=actions)
        dp.send_msg(out)

​ 新方法'packet_in_handler'已添加到L2Switch类。当Ryu收到OpenFlow packet_in消息时，将调用此方法。 在packet_in_handler函数的前半部分：

• ev.msg是表示packet_in数据结构的对象；
• msg.dp是代表数据路径（开关）的对象；
• dp.ofproto和dp.ofproto_parser是代表Ryu和交换机协商的OpenFlow协议的对象；

在packet_in_handler函数的后半部分：

• OFPActionOutput类与packet_out消息一起使用，以指定要从中发送数据包的交换机端口。该应用程序使用OFPP_FLOOD标志来指示应在所有端口上发送数据包；
• OFPPacketOut类用于构建packet_out消息；
• 如果使用OpenFlow消息类对象调用Datapath类的send_msg方法，则Ryu会生成联机数据格式并将其发送到交换机；
• send_msg()的作用就是让Ryu建立在线数据格式结构并发送给交换机

(2)根据官方教程和提供的示例代码（SimpleSwitch.py），将具有自学习功能的交换机代码（SelfLearning.py）补充完整:

实例代码SimpleSwitch.py如下：

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

from ryu.lib.packet import packet
from ryu.lib.packet import ethernet
from ryu.lib.packet import ether_types
from ryu.lib.packet import ipv4


class SimpleSwitch(app_manager.RyuApp):
	OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_0.OFP_VERSION]

	def __init__(self, *args, **kwargs):
		super(SimpleSwitch, self).__init__(*args, **kwargs)

	@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
	def _packet_in_handler(self, ev):
		msg = ev.msg
		datapath = msg.datapath
		ofproto = datapath.ofproto

		pkt = packet.Packet(msg.data)
		eth = pkt.get_protocol(ethernet.ethernet)
     
		if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
			#ignore lldp packet
			return
		if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_IPV6:
			#ignore ipv6 packet
			return
  
		print ("PACKET_IN:")

		print (eth.ethertype)
		print ("ethernet:")
		print ("eth_src=",eth.src)
		print ("eth_dst=",eth.dst)

		if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_IP:
			_ipv4 = pkt.get_protocol(ipv4.ipv4)
			print ("ipv4:")
			print ("ip_src=",_ipv4.src)
			print ("ip_dst=",_ipv4.dst)
           

		dpid = datapath.id

		out_port = ofproto.OFPP_FLOOD
		actions = [datapath.ofproto_parser.OFPActionOutput(out_port)]

		data = None

		out = datapath.ofproto_parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=msg.in_port,  actions=actions, data=data)
		datapath.send_msg(out)
		print ("PACKET_OUT...")
		print

补充后的具有自学习功能的交换机代码如下（共有四处地方需要补充）：

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

from ryu.lib.mac import haddr_to_bin
from ryu.lib.packet import packet
from ryu.lib.packet import ethernet
from ryu.lib.packet import ether_types


class SimpleSwitch(app_manager.RyuApp):
	# TODO define OpenFlow 1.0 version for the switch
	# add your code here
	OFP_VERSIONS=[ofproto_v1_0.OFP_VERSION]

	def __init__(self, *args, **kwargs):
		super(SimpleSwitch, self).__init__(*args, **kwargs)
		self.mac_to_port = {}
    
    
	def add_flow(self, datapath, in_port, dst, src, actions):
		ofproto = datapath.ofproto

		match = datapath.ofproto_parser.OFPMatch(
            in_port=in_port,
            dl_dst=haddr_to_bin(dst), dl_src=haddr_to_bin(src))

		mod = datapath.ofproto_parser.OFPFlowMod(
            datapath=datapath, match=match, cookie=0,
            command=ofproto.OFPFC_ADD, idle_timeout=0, hard_timeout=0,
            priority=ofproto.OFP_DEFAULT_PRIORITY,
            flags=ofproto.OFPFF_SEND_FLOW_REM, actions=actions)
		# TODO send modified message out
		# add your code here
		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

		pkt = packet.Packet(msg.data)
		eth = pkt.get_protocol(ethernet.ethernet)

		if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
			# ignore lldp packet
			return
		if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_IPV6:
			# ignore ipv6 packet
			return       
		
		dst = eth.dst
		src = eth.src
		dpid = datapath.id
		self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})

		self.logger.info("packet in DPID:%s MAC_SRC:%s MAC_DST:%s IN_PORT:%s", dpid, src, dst, msg.in_port)

		# learn a mac address to avoid FLOOD next time.
		self.mac_to_port[dpid][src] = msg.in_port

		if dst in self.mac_to_port[dpid]:
			out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
		else:
			out_port = ofproto.OFPP_FLOOD

		# TODO define the action for output
		# add your code here
		actions=[datapath.ofproto_parser.OFPActionOutput(out_port)]

        # install a flow to avoid packet_in next time
		if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:
			self.logger.info("add flow s:DPID:%s Match:[ MAC_SRC:%s MAC_DST:%s IN_PORT:%s ], Action:[OUT_PUT:%s] ", dpid, src, dst, msg.in_port, out_port)
			self.add_flow(datapath, msg.in_port, dst, src, actions)

		data = None
		if msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:
			data = msg.data
        

		# TODO define the OpenFlow Packet Out
		# add your code here
		out = datapath.ofproto_parser.OFPPacketOut(datapath=datapath,
                                  buffer_id=msg.buffer_id,
                                  in_port=msg.in_port, actions=actions,
                                  data=data)
		datapath.send_msg(out)
	print ("PACKET_OUT...")

(3)在mininet创建一个最简拓扑，并连接RYU控制器:

拓扑结构图如下所示：

使用python脚本创建拓扑如下：

from mininet.topo import Topo
class MyTopo(Topo):
    def __init__(self):
        Topo.__init__(self)
        h1 = self.addHost('h1')
        h2 = self.addHost('h2')
        s1 = self.addSwitch('s1')
        self.addLink(h1, s1, 1, 1)
        self.addLink(h2, s1, 1, 2)       
topos = {'mytopo': (lambda: MyTopo())}

使用命令运行python脚本：

sudo mn --custom a.py --topo mytopo --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 --switch ovsk,protocols=OpenFlow10

未连接RYU控制器时查看s1的流表：

sudo ovs-ofctl dump-flows s1

连接RYU控制器：

ryu-manager SelfLearning.py

(4)验证自学习交换机的功能，提交分析过程和验证结果:

a.输入h1 ping h2，测试主机之间的连通性:

b.再次查看s1流表：

c.在RYU控制器中可以看到目的主机的MAC地址、源主机的MAC地址、输入端口、输出端口等数据：

d.使用wireshark抓包分析如下所示：

(5)实验体会:

​ 在整个实验过程中，最痛苦的就是ryu控制器的安装，先后出现了pip版本、python版本不匹配的问题，在无数次的卸载重装之后，终于安装了下来。。。除了安装ryu控制器外，通过这次实验，我对交换机的自学习功能、ryu控制器的基本原理和使用方法也有了初步的认识，ryu是基于组件的软件定义的网络框架，通过ryu可以轻松创建新的网络管理和控制应用程序，并且ryu还支持各种协议来管理网络设备，功能十分强大，在后续的学习中，希望自己能对ryu掌握地更加熟练。