在RYU中实现交换机的功能

首先源码，解析部分如下，同时可以参考RYU_BOOK上的解释说明

 原文链接参考：https://blog.csdn.net/qq_34099967/article/details/89047741

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

class SimpleSwitch13(app_manager.RyuApp):

    OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]//OpenFlow1.3版本

    def __init__(self, *args, **kwargs):

        super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)

        self.mac_to_port = {}\\MAC位址表，用于存放MAC地址和端口之间的映射

\\@set_ev_cls表示事件修饰符，任何一个OpenFlow讯息都会产生一个对应的事件，事件类别的名称规则为

\\ryu.controller.ofp_event.EventOFP+<OpenFlow讯息名称>

\\第二个参数表示交换机的状态。表示在CONFIG_DISPATCHER的交换机状态下，接收到交换机的\\SwitchFeatures讯息就会执行对应事件处理**_handle（）函数。

    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)

    def switch_features_handler(self, ev):

\\datapath是交换机实体

        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.

\\为交换机的流表新增Table-miss Flow Entry项，用于封包在无法匹配到流表项后与之匹配。

\\match表示匹配约束，为空则说明可以匹配所有封包。action表示匹配成功后执行的操作，此处 

\\为向Controller端口发送最大数据长度的封包。OFPCML_NO_BUFFER表示不需要在交换机上缓存封包

\\将封包整体发给controller。优先级为0，即最低的优先权。

        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):

        ofproto = datapath.ofproto

        parser = datapath.ofproto_parser

\\Entry的Instruction项，指定为output action中的动作，OFPIT_APPLY_ACTIONS表示动作立即执行

        inst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS,

                                             actions)]

\\FlowMod讯息的类别为OFPFlowMod，使用FlowMod所产生的实体透过datapath.send_msg()来发送、、\\FlowMod讯息给OpenFlow交换机。

        mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, priority=priority,

                                match=match, instructions=inst)

        datapath.send_msg(mod)

\\交换机的一般状态下接收交换机的packet-In讯息所作处理

    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)

    def _packet_in_handler(self, ev):

        msg = ev.msg

        datapath = msg.datapath

        ofproto = datapath.ofproto

        parser = datapath.ofproto_parser

        in_port = msg.match['in_port']\\表示封包进入交换器待转发的端口号

        pkt = packet.Packet(msg.data)

        eth = pkt.get_protocols(ethernet.ethernet)[0]

\\获取目的和源Mac地址

        dst = eth.dst

        src = eth.src

\\获取OpenFlow交换器的标识ID

        dpid = datapath.id

        self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})

        self.logger.info("packet in %s %s %s %s", dpid, src, dst, in_port)

\\每个datapath建立一个mac位址表，将host的mac地址与交换机对应的端口号进行映射。

        # learn a mac address to avoid FLOOD next time.

        self.mac_to_port[dpid][src] = in_port

\\判断目的Mac地址是否存在于Mac位址表中，若不存在则进行洪泛

        if dst in self.mac_to_port[dpid]:

            out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]

        else:

            out_port = ofproto.OFPP_FLOOD

        actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]

        # install a flow to avoid packet_in next time

\\添加交换机中的流表项

        if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:

            match = parser.OFPMatch(in_port=in_port, eth_dst=dst)

            self.add_flow(datapath, 1, match, actions)

        data = None

        if msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:

            data = msg.data

\\将Packet-Out讯息对应的类别OFPPacketOut的实体发送给交换机

        out = parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id,

                                  in_port=in_port, actions=actions, data=data)

        datapath.send_msg(out)

　　

OpenFlow交换机的几种状态：

 

Features消息属于controller-switch消息，在交换机和控制器的交换通道建立后，控制器发送feature-request信息给交换机，交换机回复feature-reply信息，获取交换机支持的特性。

ofproto表示openflow版本对应的ofproto对应的ofproto module，代表常数模组，用来为通讯协定中的常数设定使用。

ofproto_parse表示解析模组，提供各个OpenFlow讯息的对应类别，定义了相关协议版本的消息封装格式。如ryu.ofproto.ofproto_v1_3_parser.OFPSwitchFeatures。

 

 

执行Ryu应用程序

使用Miniet构建拓扑，命令为：

sudo mn --topo single,3 --mac --switch ovsk --controller remote -x

 

创建三个主机一个交换机的拓扑

 

接下来在s1终端中查看OVS的配置信息，常用的OVS命令行工具指令如下：

 

 

接下来用ovs-vsctl show显示OVS数据库中的配置信息，ovs-dpctl查询流表的情况。另外务必设置交换机的openflow版本为1.3，

使用

ovs-vsctl set Bridge s1 protocols=OpenFlow13

然后在C0的xtem下启动ryu应用，使用命令

ryu-manager --verbose ryu.app.simple_switch_13

出现下述显示，则说明握手已经完成，Table-miss Flow entry项也应该加入到流表中

 

通过命令

ovs-ofctl -O openflow13 dump-flows s1

来查看openflow交换机中的流表情况，如下：

 

这条流表项在Featue reply消息的处理事件中被添加，将所有匹配该项的封包送往控制器端口。为接下来的packet-in事件作准备。65535代表重送资料的大小。

然后对每一个主机执行监听命令：

host1：

root@ryu-vm:~# tcpdump -en -i h1-eth0tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decodelistening on h1-eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes

host2：

root@ryu-vm:~# tcpdump -en -i h2-eth0tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decodelistening on h1-eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes

host3:

root@ryu-vm:~# tcpdump -en -i h3-eth0tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decodelistening on h3-eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes

在miniet终端执行ping命令，host1向host2发送数据

 

确认过程如下：

 

ARP Request：此时host1并不知道host2的MAC地址，因此采用广播的方式发送，因此host2和host3都会接收到这样的信息。
 ARP Reply：host2使用ARP Reply回复host1的请求。
 ICMP echo request：host1已经知道了host2的MAC地址，因此发送echo request给host2.
 ICMP echo reply：host2此时也知道了host1的MAC地址，因此发送echo reply给host1.
 

至此实现了两次握手，流表中应新增两个流表项：

 

1.接收端口（in_port）：2，目的MAC地址（dl_dst）：host1-》action：从host1的绑定的端口1进行转发。

2.接收端口（in_port）：1，目的MAC地址（dl_dst）：host2-》action：从host2的绑定的端口2进行转发。

然后查看控制器端的输出：

 

第一个packet-in消息是host1发送的ARP Request，因为通过广播方式因此没有增加Flow Entry，发送Packet-out消息。

第二个packet是host2回复的ARP reply，目的地址为host1的Flow entry（1）被新增。

第三个packet是从host向host2发送echo request，会新增flow entry（2）.

host2向host1回复的echo reply消息会和flow entry（1）match，故直接转发封包到host1而不用发送packet-in。

综上flow entry（1）被匹配了两次，flow entry（2）被匹配一次。

 

可以看出两次握手的过程，前两次为ARP的请求和回复，后两次为ICMP echo的请求回复。

 

 

host3只收到了host1的ARP request广播一条消息。
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