SDN期末作业

期末项目

代码仓库：传送门
视频：组长已经发送给朱老师

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• 选题：负载均衡场景3

• 选题内容：
  
  该拓扑是数据中心拓扑的一部分，其中h1是数据中心外的一台客户机，h2-h5是数据中心内的服务器，请根据该拓扑实现一个负载均衡的北向程序,实现h1访问数据中心中四台服务器时能根据链路状况动态改变路径。

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• 项目名称：A P4-based Network Load Balancing Application （基于P4的网络负载均衡项目）

• 项目设计思路：首先设置一个阈值及查询时间间隔，并且预先记录下所有可走的路径。每隔一段时间计算每个底层交换机每秒的处理速率，即多少数据报每秒，当发现有交换机的处理能力超过设置的阈值，动态调整流量路径，选择一条合适的路径。

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• 实践步骤描述
  • 启动mininet拓扑
  • 设置流量初始默认转发路径
  • 启动控制器，设置阈值及查询时间间隔
  • 令主机h1发送高速率流量，观察可知交换机过载，动态变更转发路径
  • 令主机h1发送低速率流量，观察可知交换机不过载，路径不变更
  • 启动端口嗅探器，验证转发路径变更；服务器端口数据变化，表明控制器实时变更路径

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• 个人分工：

  table l3_forward{
      reads{
          ipv4.dstAddr : lpm;
      }
      actions{
          _nop; _drop; forward;
          update_sw1; update_sw2;
      }
  }

  基于p4程序中流表匹配字段，流表如上，编写八条路径的控制规则
  例如：路径1（s1-s2-s3-h5）的控制规则为path1中的三个文件，l1.txt 是第一层控制规则，l2.txt 是第二层，l3.txt 是第三层
  八条路径如下：

  path1: 1-2-3-h5
  path2: 1-2-3-h4
  path3: 1-2-4-h3
  path4: 1-2-4-h2
  path5: 1-5-3-h5
  path6: 1-5-3-h4
  path7: 1-5-4-h3
  path8: 1-5-4-h2

  

课程总结

• 了解什么是SDN
  概述：SDN 是一种集中控制的新网络架构，支持动态弹性管理，其将数据平面和控制平面解耦分离，抽象了数据平面网络资源，并支持通过统一的开放接口对网络直接进行编程控制。一般来说， SDN 网络体系结构主要包括 SDN 网络应用、北向接口、 SDN 控制器、南向接口和 SDN 数据平面共五部分。
  

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• 学习使用mininet
  概述：Mininet起源于斯坦福大学，是一个非常强大的网络仿真平台，通过此平台，我们可以方便的模拟真实环境的网络操作与架构。
  测试连通性：pingall
  查看链路状态：links
  显示所有链路：net
  查看某台主机信息：xx ifconfig
  通过源码安装mininet：Native Installation from Source

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• 学习了几种常用OVS命令对流表进行操作
  概述：
  • 查看流表：sudo ovs-ofctl -O OpenFlow13 dump-flows xx
  • 按匹配项删除流表：sudo ovs-ofctl -O OpenFlow13 del-flows xx "in_port=1"

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• 利用可视化界面、字符串命令及简单Python脚本创建拓扑
  概述：
  • 可视化界面创建拓扑后连接控制器，控制器类型设置为 Remote Control，设置控制器的IP地址(如果控制器和mininet在同一PC上设置成127.0.0.1)
  • 字符串命令创建简单拓扑：
    线性拓扑：sudo mn --topo=linear,4 # 主机数=交换机数=4
    树形拓扑：sudo mn --topo=tree,depth=2,fanout=2 # 深度为2，设备下挂设备数为2
  • Python脚本创建拓扑：注意要点，利用Python创建拓扑，建立链路的时候不能重复使用同一个端口
    API：
    增加主机：addHost('hostname')
    增加交换机：addSwitch('switchname')
    增加链路：addLink(node1,node2,node1_port,node2_port)
    连接控制器命令：sudo mn --custom topo.py --topo mytopo --controller=remote,ip=控制器IP,port=6633（topo.py为源程序文件名）

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• openflow多级流表机制的优点
  概述：单流表可支持的程序逻辑过于简单，无法满足复杂的业务逻辑要求，而多级流表将数据包的处理逻辑划分为多个子逻辑，由多张流表分别匹配和处理，使数据包的处理以流水线方式进行。多级流表的设计使得流表项聚合成为可能，节省了流表空间，也提高了编程处理逻辑的灵活性。

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• 了解了几种SDN控制器，并初步学习使用 Floodlight 控制器和 OpenDayLight 控制器
  概述：
  • Ryu控制器
    采用Python编写,基于组件的框架,这些组件均以Python模块形式存在,上层为OpenStack和Web提供了编程接口,中间为Ryu自行研发的应用组件,最下层为Ryu底层实现的基本组件。
  • ONOS控制器
    采用Java编写,其设计架构将服务提供商放在首位,由一系列功能模块组成,每个功能模块由一个或多个组件组成,对外提供一种特定服务,核心功能主要包含:北向接口抽象层APIs,分布式核心,南向接口抽象层APIs,软件模块化。
  • OpenDayLight控制器
    采用Java编写,支持OSGI框架和REST接口,支持多种协议,不是正确的抽象化,暴露设备的细节给应用程序,运行时模块化和可拓展,支持服务抽象层(SAL),支持多种南向协议,采用YANG作为模块语言。
    ODL安装
  • Floodlight
    Floodlight是Apache授权并且基于JAVA开发的企业级OpenFlow控制器，稳定、易用，并且开源。
    Floodlight安装

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• Wiresharke抓包验证
  概述：因为这门课，第一次接触了抓包，以前一直听到这词，总觉得很神秘，目前懂得还不是很多，算是初步了解大概，能根据抓包来验证实验结果的正确性。
  wireshark是非常流行的网络封包分析软件，功能十分强大。可以截取各种网络封包，显示网络封包的详细信息。

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• 使用ODL下发流表、组表
  概述：在Yang UI>Opendaylight-inventory>config>nodes>table>flow设置规则，下发流表
  几个字段解释及值：

  node/openflow:1 交换机编号
  table/0 流表编号
  flow/任意，不冲突即可 流表项编号
  ethernet-type:以太网类型0x0800表示以太网帧是ip协议
  layer-3-match:ipv4-match 三层匹配为ipv4匹配
  ipv4-source:数据包源ip匹配项(这里由于port1进入的数据包只可能是h3发送的所以可以不填)
  ipv4-destination:数据包目的ip匹配项
  flow-name 流表项名字，可不填
  priority 流表项优先级,要大于odl下发的默认流表，这里设置成最大65535
  hard-timeout 硬超时，流表项下发后生效时长
  cookie 可不填，为方便在ovs中查找下发成功的流表项可以设置成容易找的到值如0x02(要填16进制)
  table_id 流表id 默认为0

  在opendaylight-inventory->config->nodes->node->group下发组表
  在组表项中设置几个桶，weight代表每个bucks的优先级，之后下发流表使组表生效。
  

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• 借助Postman通过ODL的北向接口下发流表项

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• 初步学习了解P4
  概述：P4是一门SDN数据平面的编程语言，用于定义转发设备处理数据报的整个过程。
  三大特性：协议无关性、平台独立性、可重配置性
  组成：
  • 首部(header): 定义数据报首部结构
  • 解析器(parser): 根据首部定义解析数据包
  • 流表(table): 用于处理数据报的流表结构
  • 动作(action): 用于处理数据报的动作
  • 控制程序(control program): P4语言的“main”函数

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• 学习了解ECMP
  概述：等价多路径路由（Equal-cost multi-path routing，ECMP），一种路由技术，实现将数据包在不同的路径上传输，其原理是计算出网络中两个节点的最短路径，如果有多条等价最短路径，进行负载均衡。
  优势：
  • 提高链路利用率
  • 路径冗余备份
  • 增加传输带宽
    劣势：
  • 网络中各条路径的实际状况不同可能导致报文乱序
  • 爆炸性增长的问题是算法复杂度过高，难以求取最短路径最优解

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• 实验中遇到几个问题的总结
  • 由于是在自己的机子进行实验，因此并不会像机房的虚拟机一样每次重置至初始状态，在进行基于ODL的实验中，之前下发的流表会重复下发，是因为第二次实验中的拓扑图与上次的拓扑图一致，由于ODL内部机制重复下发了这个流表，因此进行第二次有着与上一次相同拓扑结构的实验的时候，要在ODL中将原先的节点删除。Yang UI>Opendaylight-inventory>config>nodes>Delete
  • 使用mininet的可视化界面搭建拓扑后，要结束实验应该先在命令行窗口使用指令使其终止，再在可视化界面点击进行结束，顺序如果饭回来，程序容易无响应直至崩溃
  • 使用控制器查看建立的拓扑图的时候，有可能出现链路断掉的情况，其中较为简单的解决方案是先建立拓扑然后再开启控制器

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• 感受：这门课的学习，让我对于SDN有了初步了解，也接触了之前从来没听过的一些理论及知识，像是开启了另外一扇门。整个课程下来，应该算只是了解了一些概念性的东西，也是这些知识，让我对于网络的印象有了一些另外的改观。在每次上机实验的时候总是感觉时间流走的很快，还没开始怎么进行实验了，铃声就响了，因为知识储备不够，每次总是在一些地方卡壳，总之还是要努力啊。