学习SDN开发工具
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学习SDN开发工具
OpenFlow 的调试工具
- SSH终端：连接到 OpenFlowTutorial。
- xterm终端：连接到虚拟网络中的主机，将在顶部标有主机名。
- OpenFlow 控制器：位于 OpenFlow 接口之上。该控制器与 OpenFlow 交换机结合用作以太网学习交换机。将运行它并查看正在发送的消息。
- OpenFlow 交换机：位于 OpenFlow 接口下方。OpenFlow。Open vSwitch 是另一种基于内核的软件交换机
- ovs-ofctl：发送快速 OpenFlow 消息的命令行实用程序，对于查看交换机端口和流统计信息或手动插入流条目很有用。
- Wireshark：用于查看数据包的通用图形实用程序。OpenFlow 参考分布包括一个 Wireshark 解析器，它以一种方便可读的方式解析发送到 OpenFlow 默认端口 (6633) 的 OpenFlow 消息。
- iperf：用于测试单个 TCP 连接速度的通用命令行实用程序。
- Mininet：网络仿真平台。Mininet 在单个真实或虚拟机上创建虚拟 OpenFlow 网络——控制器、交换机、主机和链接。
- cbench：用于测试 OpenFlow 控制器的流设置速率的实用程序。
启动网络
网络拓扑：3 台主机和一个交换机，还有一个 OpenFlow 控制器，
在 VM 中创建此网络，在 SSH 终端中输入：
sudo mn --topo single,3 --mac --switch ovsk --controller remote
这告诉 Mininet 启动一个 3 主机、单（基于 openvSwitch）交换机的拓扑结构，将每个主机的 MAC 地址设置为其 IP，并指向一个默认为 localhost 的远程控制器。
这是 Mininet 刚刚所做的：
1）创建了 3 个虚拟主机，每个都有一个单独的 IP 地址。
2）在内核中创建了一个具有 3 个端口的 OpenFlow 软件交换机。
3）使用虚拟以太网电缆将每个虚拟主机连接到交换机。
4）将每个主机的 MAC 地址设置为其 IP。
5）配置OpenFlow交换机连接远程控制器。
ovs-ofctl用法
ovs-ofctl是 Open vSwitch 附带的实用程序，可实现对单个交换机的流表的可见性和控制。通过查看流状态和流计数器，它对于调试特别有用。大多数 OpenFlow 交换机可以使用被动侦听端口启动，可以从该端口轮询交换机，而无需向控制器添加调试代码。
创建第二个 SSH 窗口，运行：
sudo ovs-ofctl show s1
输入：sudo ovs-ofctl dump-flows s1
查看流表
由于我们还没有启动任何控制器，流表应该是空的。
ping测试
现在，回到 mininet 控制台并尝试从 h1 ping h2。在 Mininet 控制台中：
h1 ping -c3 h2
请注意，在 Mininet 控制台中运行命令时，主机 h2 的名称会自动替换为其 IP 地址 (10.0.0.2)。
正如之前看到的，交换机流表是空的。除此之外，没有控制器连接到交换机，因此交换机不知道如何处理传入的流量，从而导致 ping 失败。
将使用ovs-ofctl手动安装必要的流程。在的 SSH 终端中：
ovs-ofctl add-flow s1 in_port=1,actions=output:2
ovs-ofctl add-flow s1 in_port=2,actions=output:1
这会将来自端口 1 的数据包转发到端口 2，反之亦然。通过检查流表来验证
ovs-ofctl dump-flows s1
再次运行 ping 命令。在的 mininet 控制台中：
h1 ping -c3 h2
再次检查流表并查看每个流条目的统计信息。根据 ping 流量，可以看到已经ping通了
启动 Wireshark
VM 映像包括预安装的 OpenFlow Wireshark。Wireshark 对于查看 OpenFlow 协议消息以及一般调试非常有用。
打开Wireshark命令：
sudo wireshark &
如果出错就尝试：
sudo -E wireshark &
单击菜单栏中的Capture->Interfaces。通过在靠近顶部的过滤器框中键入“of”，为 OpenFlow 控制流量设置过滤器：
在 Wireshark 中启动 Controller 并查看启动消息
第一步 mininet 并清理
exit
mn -c
现在，在 Wireshark 解析器监听的情况下，启动 OpenFlow 参考控制器。在的 SSH 终端中输入
sudo controller ptcp:6633
将启动一个简单的控制器，该控制器充当学习开关，而无需安装任何流条目。
现在重新启动拓扑
sudo mn --topo single,3 --mac --switch ovsk --controller remote
这些消息包括：
| 信息 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| Hello | 控制器->开关 | 在 TCP 握手之后，控制器将其版本号发送到交换机。 |
| Hello | 开关->控制器 | 交换机回复其支持的版本号 |
| 功能请求 | 控制器->开关 | 控制器要求查看哪些端口可用 |
| 设置配置 | 控制器->开关 | 在这种情况下，控制器要求交换机发送流到期 |
| 特色回复 | 开关->控制器 | 交换机回复端口列表、端口速度以及支持的表和操作 |
| 端口状态 | 开关->控制器 | 使交换机能够通知该控制器端口速度或连接的变化 |
由于使用 Mininet 时所有消息都是通过本地主机发送的，因此当有很多模拟开关时，确定消息的发送者可能会令人困惑。但是，这不会成为问题，因为我们只有一个开关。控制器位于标准 OpenFlow 端口 (6633)，而交换机位于其他用户级端口。
查看用于 Ping 的 OpenFlow 消息
现在，将查看响应数据包而生成的消息。
建议清理两台主机上的 ARP 缓存，否则可能看不到一些 ARP 请求/回复，因为将使用缓存：
h1 ip -s -s neigh flush all
h2 ip -s -s neigh flush all
在 Mininet 控制台中执行 ping：
h1 ping -c1 h2
在 Wireshark 窗口中，应该会看到许多新的消息类型：
| 信息 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| 分组输入 | 开关->控制器 | 收到一个数据包，但它与交换机流表中的任何条目都不匹配，导致数据包被发送到控制器 |
| 出包 | 控制器->开关 | 控制器从一个或多个交换机端口发送数据包 |
| Flow-Mod | 控制器->开关 | 指示交换机将特定流添加到其流表中 |
| 流量过期 | 开关->控制器 | 流在一段时间不活动后超时 |
首先，会看到一个 ARP 请求错过了流表，它会生成一个广播 Packet-Out 消息。接下来，ARP响应回来了；由于控制器现在知道这两个 MAC 地址，它可以使用 Flow-Mod 消息将流下推到交换机。然后交换机会推送 ICMP 数据包的流。后续的 ping 请求直接通过数据路径，不会产生额外的消息；由于连接 h1 和 h2 的流已经推送到交换机，因此没有控制器参与。
带 iperf 的基准控制器
iperf是一个命令行工具，用于检查两台计算机之间的速度。
在 mininet 控制台中运行：
iperf
这个 Mininet 命令在一个虚拟主机上运行一个 iperf TCP 服务器，然后在第二个虚拟主机上运行一个 iperf 客户端。一旦连接，它们就会在彼此之间发送数据包并报告结果。
现在在Mininet控制台中：
exit
使用用户空间开关启动同一个 Mininet：
mn --topo single,3 --controller remote --switch user
使用参考控制器再运行一个 iperf 测试：
iperf
区别：使用用户空间交换机，数据包必须从用户空间跨越到内核空间，然后在每一跳上返回，而不是在通过交换机时留在内核中。用户空间开关更容易修改（无需处理内核oops），但模拟速度较慢。
路由器练习
本练习中，将创建一个静态的第 3 层转发器/交换机。它不完全是路由器，因为它不会减少 IP TTL 并在每个跃点重新计算校验和（因此 traceroute 不起作用）。
IP 路由器与其他类型的数据包交换设备的区别在于，路由器将检查 IP 协议报头作为交换过程的一部分。它通常删除接收消息的链路层报头，修改 IP 报头，并替换链路层报头以进行重传。
为了简化练习，路由器将是完全静态的。由于没有 BGP 或 OSPF，将无需发送或接收路由表更新。
每个网络节点都有一个已配置的子网。如果数据包的目的地是该子网中的主机，则该节点充当交换机，将数据包原封不动地转发到已知端口或广播。如果数据包的目的地是路由器知道下一跳的某个 IP 地址，则应该修改第 2 层目的地并将数据包转发到正确的端口。
这个练习将表明，使用支持 OpenFlow 的转发设备，网络实际上是无层的；可以混合使用交换机、路由器和更高层的功能。
创建拓扑
代码如图
首先，将系统给出的示例代码复制到一个新文件中：
cp ~/mininet/custom/topo-2sw-2host.py mytopo.py
要运行自定义拓扑，将自定义文件传递给 Mininet 并传入自定义拓扑：
sudo mn --custom mytopo.py --topo mytopo --mac
然后，在 Mininet 控制台中，运行：
pingall
现在，修改的拓扑文件以匹配图片并在 Mininet 控制台中使用 pingall 验证完整的主机连接。
设置主机
在每个虚拟主机上设置 IP 配置，以强制每个虚拟主机向网关发送位于其配置子网之外的目标 IP。
需要为每个主机配置子网、IP、网关和网络掩码。
这似乎很明显，但无论如何我们都会警告：不要尝试为属于交换机 s1 和 s2 的接口分配 IP 地址。如果需要处理“到”或“来自”交换机的流量，请使用 OpenFlow。
我们可以直接从使用 mininet 创建的自定义拓扑中执行此操作。编辑的“mytopo.py”以包含上述信息。
有用的代码：
host1 = self.addHost( 'h1', ip="10.0.1.100/24", defaultRoute = "via 10.0.1.1" )
路由器通常必须响应 ARP 请求。将看到以太网广播，这些广播将（至少最初）转发到控制器。
控制器应该构建 ARP 回复并将它们转发到适当的端口。
需要的结构：
* arp缓存
* 路由表（创建一个静态分配的所有信息的结构）
* ip 到端口字典
* 消息队列（当路由器等待 ARP 回复时）
示例路由表：
（带有网络前缀的ip、主机ip、接口名称、接口地址、交换机端口）
[‘10.0.1.100/24’, ‘10.0.1.100’, ‘s1-eth1’, ‘10.0.1.1’, 1],
[‘10.0.2.100/24’, ‘10.0.2.100’, ‘s1-eth2’, ‘10.0.2.1’, 3],
[‘10.0.3.100/24’、‘10.0.3.100’、‘s1-eth3’、‘10.0.3.1’、2]
ARP结构包含：
- hwdst（目的地的硬件地址 - 我们要求的）
- hwsrc（源的硬件地址）
- protodst（目的地的IP地址）
- protosrc（源IP地址）
- 操作码（arp 包的类型[REQUEST, REPLY, REV_REQUEST, REV_REPLY]）
静态路由
处理完 ARP 后，将需要处理静态配置的路由。由于我们知道每个端口连接的是什么，我们可以匹配 IP 地址（或前缀，在远程子网的情况下）并转发出适当的端口。
我们需要通过将其转发到正确的子网来处理通过路由器的所有 ipv4 流量。数据包中唯一的变化应该是源和目标 MAC 地址。
如果路由器不知道目的地的 MAC 地址，它将必须为该主机进行 arp。
ICMP
此外，的控制器可能会收到对路由器的 ICMP 回显 (ping) 请求，它应该对此做出响应。
最后，不可达子网的数据包应该用 ICMP 网络不可达消息进行响应。
注意：控制器默认只接受 128 字节的 packet_ins。如果的消息被截断，这可能是原因。作为一种解决方法，在调用结束时也添加另一个组件作为控制器。它应该是这样的：
测试路由器
如果路由器正常工作：
尝试从 10.0.1.2 发送到未知地址范围（如 10.99.0.1）应该会产生ICMP 目标不可达消息。
发送到已知地址范围内的主机的数据包应将其 MAC dst 字段更改为下一跳路由器的 MAC dst 字段。
路由器应该可以 ping 通，并且应该生成 ICMP 回显回复以响应 ICMP 回显请求。
现在运行 iperf 来测试 tcp 和 udp 流量。在 mininet 中，在主机 1 和主机 3 中打开 xterm
mininet>xterm h1 h3
主机 3 将是 iperf 服务器，因此在它自己的终端中运行命令
$ iperf -s
主机 1 将是客户端，因此在它自己的终端中运行命令
$ iperf -c (iperf 服务器的ip地址),我这里是10.0.0.2
还可以通过在两个命令的末尾添加 -u 选项来测试 udp 流量
请注意此测试的结果。在代码的当前状态下，路由器通过 packet_ins 将所有流量发送到控制器，控制器做出路由决策并将 packet_out 发送到路由器。下一步是安装 flow mods，这应该会产生更好的 iperf 性能。
了解 Mininet API
在此介绍的过程中，已经暴露了一些Python类的包含Mininet的API，包括类如Topo，Mininet，Host，Switch，Link和它们的子类。将这些类划分为级别（或层）很方便，因为通常高级 API 是使用低级 API 构建的。
Mininet 的 API 构建在三个主要级别：
低级别的API：低级API包括基节点和链接的类的（例如Host，Switch和Link和它们的亚类），其实际上可以单独实例化并用于创建网络，但它是一个有点笨拙。
中级 API：中级 API 添加了Mininet对象，作为节点和链接的容器。它提供了许多方法（例如addHost()、addSwitch()、 和addLink()）用于向网络添加节点和链接，以及网络配置、启动和关闭（特别是start()和 ）stop()。
高级 API：高级 API 添加了拓扑模板抽象Topo类，该类提供了创建可重用、参数化拓扑模板的能力。这些模板可以传递给mn命令（通过–custom选项）并从命令行使用。
了解每个 API 级别很有价值。一般来说，当想直接控制节点和交换机时，使用低级 API。当想要启动或停止网络时，通常使用中级 API（特别是Mininet类）。
当开始考虑创建完整网络时，事情就会变得有趣。可以使用任何 API 级别（如示例中所示）创建完整网络，但通常会想要选择中级 API（例如Mininet.add*()）或高级 API ( Topo.add*()) 来创建网络。
以下是使用每个 API 级别创建网络的示例：
低级 API：节点和链接
h1 = Host( 'h1' )
h2 = Host( 'h2' )
s1 = OVSSwitch( 's1', inNamespace=False )
c0 = Controller( 'c0', inNamespace=False )
Link( h1, s1 )
Link( h2, s1 )
h1.setIP( '10.1/8' )
h2.setIP( '10.2/8' )
c0.start()
s1.start( [ c0 ] )
print( h1.cmd( 'ping -c1', h2.IP() ) )
s1.stop()
c0.stop()
中级 API：网络对象
net = Mininet()
h1 = net.addHost( 'h1' )
h2 = net.addHost( 'h2' )
s1 = net.addSwitch( 's1' )
c0 = net.addController( 'c0' )
net.addLink( h1, s1 )
net.addLink( h2, s1 )
net.start()
print( h1.cmd( 'ping -c1', h2.IP() ) )
CLI( net )
net.stop()
高级 API：拓扑模板
class SingleSwitchTopo( Topo ):
"Single Switch Topology"
def build( self, count=1 ):
hosts = [ self.addHost( 'h%d' % i )
for i in range( 1, count + 1 ) ]
s1 = self.addSwitch( 's1' )
for h in hosts:
self.addLink( h, s1 )
net = Mininet( topo=SingleSwitchTopo( 3 ) )
net.start()
CLI( net )
net.stop()
如所见，中级 API 对于此示例实际上是最简单和最简洁的，因为它不需要创建拓扑类。低级和中级 API 灵活且功能强大，但与高级TopoAPI 及其拓扑模板相比，重用可能不太方便。
另请注意，在 2.2.0 之前的 Mininet 版本中，高层Topo不支持节点之间的多个链接，但低层 API 支持。目前Topo也不关心哪些开关由哪些控制器控制（可以使用自定义Switch子类来执行此操作，如上所述。）使用中级和低级 API，可以根据需要手动启动开关，将适当的控制器列表传递给每个交换机。
Mininet API 文档
Mininet 包括每个模块和 API 调用的 Python 文档字符串。这些可以从 Python 的常规help()机制中访问。例如，
python
>>> from mininet.node import Host
>>> help(Host.IP)
Help on method IP in module mininet.node:
IP(self, intf=None) unbound mininet.node.Host method
Return IP address of a node or specific interface.
同样的文档也可以在位于http://api.mininet.org的 Mininet 网站上找到 。
可能希望使用doxypy以下方法自己生成 HTML（和 PDF）文档：
sudo apt-get install doxypy
cd ~/mininet
make doc
cd doc
python -m SimpleHTTPServer
此时，可以将 Web 浏览器指向运行 Mininet 的主机的端口 8000，并浏览每个 Mininet 类的文档。
衡量绩效
这些是推荐的，尽管可以自由使用熟悉的任何工具。
带宽 ( bwm-ng, ethstats)
延迟（使用ping）
队列（tc包含在 中的使用monitor.py）
TCPCWND统计信息（tcp_probe，也许我们应该将其添加到monitor.py）
CPU 使用率（全局：top，或 per-container cpuacct）
OpenFlow 和自定义路由
Mininet 最强大和最有用的功能之一是它使用 软件定义网络。使用OpenFlow协议和相关工具，可以对交换机进行编程，以对进入它们的数据包执行几乎任何想做的事情。OpenFlow 使像 Mininet 这样的模拟器更加有用，因为网络系统设计，包括使用 OpenFlow 的自定义数据包转发，可以很容易地转移到硬件 OpenFlow 交换机以进行线速操作。可以在以下位置找到使用 Mininet 和 OpenFlow 创建简单学习交换机的教程：
开放流控制器
如果在mn未指定控制器的情况下运行该命令，它将根据可用的控制器选择一个默认控制器，例如Controller或OVSController。
这相当于：
$ sudo mn --controller default
该控制器实现了一个简单的以太网学习交换机，最多支持 16 个单独的交换机。
如果Mininet()在脚本中调用构造函数而未指定控制器类，默认情况下它将使用 Controller()该类来创建斯坦福/OpenFlow 参考控制器的实例controller。就像ovs-controller，它把的开关变成了简单的学习开关，但是如果已经controller使用 Mininet 的 install.sh -f脚本安装，补丁版本controller应该支持大量的开关（理论上最多 4096，但可能会更早地最大化的计算资源.) 也可以mn通过指定来选择参考控制器–controller ref。
如果想使用自己的控制器，可以很容易地创建一个自定义的子类Controller()并将其传递给 Mininet。可以在 中看到一个示例mininet.controller.NOX()，它使用一组作为选项传入的模块来调用 NOX classic。
这是创建和使用自定义 POXController子类的简单示例：
#!/usr/bin/python
from mininet.net import Mininet
from mininet.node import Controller
from mininet.topo import SingleSwitchTopo
from mininet.log import setLogLevel
import os
class POXBridge( Controller ):
"Custom Controller class to invoke POX forwarding.l2_learning"
def start( self ):
"Start POX learning switch"
self.pox = '%s/pox/pox.py' % os.environ[ 'HOME' ]
self.cmd( self.pox, 'forwarding.l2_learning &' )
def stop( self ):
"Stop POX"
self.cmd( 'kill %' + self.pox )
controllers = { 'poxbridge': POXBridge }
if __name__ == '__main__':
setLogLevel( 'info' )
net = Mininet( topo=SingleSwitchTopo( 2 ), controller=POXBridge )
net.start()
net.pingAll()
net.stop()
请注意，上述脚本的编写使其也可以用作自定义参数，以mn用于不同的拓扑和测试以及 Mininet CLI：
$ sudo mn --custom poxbridge.py --controller poxbridge --topo tree,2,2 --test pingall -v output
*** Ping: testing ping reachability
h1 -> h2 h3 h4
h2 -> h1 h3 h4
h3 -> h1 h2 h4
h4 -> h1 h2 h3
*** Results: 0% dropped (0/12 lost)
如果查看 中的NOX类的实现mininet/node.py，会注意到它实际上可以接受选项以允许启动不同的模块，具体取决于从构造函数或mn命令行传递给它的参数。
外部 OpenFlow 控制器
自定义Controller()子类是自动启动和关闭控制器的最方便的方法。它很容易创建start()和stop()方法，以便 Mininet 会根据需要自动启动和停止的控制器。
但是，可能会发现将 Mininet 连接到已经在其他地方运行的现有控制器很有用，例如在的 LAN、另一个 VM 或的笔记本电脑上的某个地方。
本RemoteController类作为可运行控制网络上任何地方的控制器的代理，但是必须启动和手动关闭或Mininet直接控制的其他一些机制之外。
可以使用RemoteController从Mininet：
from functools import partial
net = Mininet( topo=topo, controller=partial( RemoteController, ip='127.0.0.1', port=6633 ) )
或者
net = Mininet( topo=topo, controller=lambda name: RemoteController( name, ip='127.0.0.1' ) )
甚至
net = Mininet( topo=topo, controller=None)
net.addController( 'c0', controller=RemoteController, ip='127.0.0.1', port=6633 )
请注意，在这种情况下controller（如hostand switch）是一个构造函数，而不是一个对象（但有关其他信息，请参见下文！）可以使用partialor 内联创建自定义构造函数lambda，或者可以传入自己的函数（必须采用name参数并返回控制器对象）或类（例如 . 的子类RemoteController）
还可以创建多个控制器并创建一个自定义Switch()子类，根据需要连接到不同的控制器：
c0 = Controller( 'c0' ) # local controller
c1 = RemoteController( 'c1', ip='127.0.0.2' ) # external controller
cmap = { 's1': c0, 's2': c1, 's3': c1 }
class MultiSwitch( OVSSwitch ):
"Custom Switch() subclass that connects to different controllers"
def start( self, controllers ):
return OVSSwitch.start( self, [ cmap[ self.name ] ] )
还可以mn从命令行指定外部控制器：
$ sudo mn --controller remote,ip=192.168.51.101
通过传入控制器对象来滥用 API
在 Mininet 2.2.0 及更高版本中，可以选择传入一个Controller 对象而不是构造函数（甚至是一个对象列表。）这是添加的，因为尽管 API 明确指定需要构造函数，但人们仍然这样做.
这允许执行以下操作：
net = Mininet( topo, controller=RemoteController( 'c0', ip='127.0.0.1' ) )
并获得想要的行为。仍然允许构造函数。
多路径路由
重要的是要记住以太网网桥（也称为学习交换机）会淹没在其 MAC 表中丢失的数据包。它们还会泛洪广播，如 ARP 和 DHCP 请求。这意味着，如果的网络中存在环路或多条路径，它将无法与默认ovs-controller和controller 控制器、NOXpyswitch和 POX 一起使用l2_learning，它们都充当学习交换机/以太网桥接器。
尽管这个问题很明显，但它已成为一个常见问题。
更新（和更复杂）的 OpenFlow 控制器确实支持多路径路由 - 请查阅控制器文档以确定是否需要任何特殊配置。
如果正在构建类似树的拓扑结构，可能希望查看 RipLPOX，这是一个使用 POX 实现的基本数据中心控制器。可以将其用作自己的自定义多路径路由的起点。
Controller()为了方便起见，可能还希望实现自定义子类来调用 RipLPOX。
–end–