SDN第五次上机实验

1.浏览RYU官网学习RYU控制器的安装和RYU开发入门教程，提交你对于教程代码的理解。

1.通过源码安装RYU控制器

sudo apt-get install python3-pip
git clone https://github.com/osrg/ryu.git
cd ryu
sudo pip3 install -r tools/pip-requires -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
sudo python3 setup.py install

此时执行ryu-manager会报错

推测原因ubuntu自带python，而我们使用pip安装，会使ryu启动有问题

解决方法：
cd ryu
pip3 install .

此时可以正常启动ryu

2.学习RYU开发入门教程

• 描述官方教程实现了一个什么样的交换机功能？

  将接收到的数据包传送到所有端口。

• 控制器设定交换机支持什么版本的OpenFlow？

  支持OpenFlow 1.0版本

• 控制器设定了交换机如何处理数据包？

1. 从ryu中导入包

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

• base

  app_manager.py 其作用是RYU应用的管理中心。用于加载RYU应用程序，接受从APP发送过来的信息，同时也完成消息的路由。

  其主要的函数有app注册、注销、查找、并定义了RYUAPP基类，定义了RYUAPP的基本属性。包含name, threads, events, event_handlers和observers等成员，以及对应的许多基本函数。如：start(), stop()等。

  这个文件中还定义了AppManager基类，用于管理APP。定义了加载APP等函数。

• controller——实现controller和交换机之间的互联和事件处理

  controller文件夹中许多非常重要的文件，如events.py, ofp_handler.py, controller.py等。其中controller.py中定义了OpenFlowController基类。用于定义OpenFlow的控制器，用于处理交换机和控制器的连接等事件，同时还可以产生事件和路由事件。其事件系统的定义，可以查看events.py和ofp_events.py。

  在ofp_handler.py中定义了基本的handler（应该怎么称呼呢？句柄？处理函数？），完成了基本的如：握手，错误信息处理和keep alive 等功能。更多的如packet_in_handler应该在app中定义。

  在dpset.py文件中，定义了交换机端的一些消息，如端口状态信息等，用于描述和操作交换机。如添加端口，删除端口等操作。

• ofproto

  在这个目录下，基本分为两类文件，一类是协议的数据结构定义，另一类是协议解析，也即数据包处理函数文件。如ofproto_v1_0.py是1.0版本的OpenFlow协议数据结构的定义，而ofproto_v1_0_parser.py则定义了1.0版本的协议编码和解码。

1. 对交换机进行具体的编码设置

class L2Switch(app_manager.RyuApp):
    OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_0.OFP_VERSION]

    def __init__(self, *args, **kwargs):
        super(L2Switch, self).__init__(*args, **kwargs)

    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
    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)

• 设置交换机支持的OpenFlow版本号

  OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_0.OFP_VERSION]

• packet_in_handler方法用于处理packet_in事件，表明当Ryu收到OpenFlow packet_in消息时，将产生事件

• ev.msg：每一个事件类ev中都有msg成员，用于携带触发事件的数据包。

• msg.datapath：已经格式化的msg其实就是一个packet_in报文，msg.datapath直接可以获得packet_in报文的datapath结构。datapath用于描述一个交换网桥。也是和控制器通信的实体单元。datapath.send_msg()函数用于发送数据到指定datapath。

• datapath.ofproto对象是一个OpenFlow协议数据结构的对象，成员包含OpenFlow协议的数据结构，如动作类型OFPP_FLOOD。

• datapath.ofp_parser则是一个按照OpenFlow解析的数据结构。

• actions是一个列表，用于存放action list，可在其中添加动作。

• 通过ofp_parser类，可以构造构造packet_out数据结构。括弧中填写对应字段的赋值即可。

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

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
    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
        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
        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
        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

使用python脚本创建拓扑

from mininet.topo import Topo

class MyTopo(Topo):

    def __init__(self):

        # initilaize topology
        Topo.__init__(self)

        # add hosts and switches
        h1 = self.addHost('h1')
        h2 = self.addHost('h2')

        s1 = self.addSwitch('s1')

        # add links
        self.addLink(h1, s1, 1, 1)
        self.addLink(h2, s1, 1, 2)

topos = {'mytopo': (lambda: MyTopo())}

4.验证自学习交换机的功能，提交分析过程和验证结果

h1 ping h2



查看流表

sudo ovs-ofctl dump-flows s1

5.心得体会

由于我是在上机当天下午装的RYU，有了助教的博客帮助，总体上没有出现什么大的问题。跟前面几次上机实验相比，这一次的实验更加依赖于Python代码， 让我不得不感叹一下自己当初学的Python是有多差劲，是时候趁着这一学期，好好地补一补，结合实践地学习。

参考资料

• 通过源码安装RYU控制器
• The First Application
• RYU基础整理