学习SDN开发工具 2

简介: 学习SDN开发工具

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

0967ca9bafac4e2bba99e10e4b9a4fe3.png


代码如图


e61fbfdfc447477984023de97b04a63e.png


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

9f5cc5997e864ae09f393c6d634cccb8.png


还可以通过在两个命令的末尾添加 -u 选项来测试 udp 流量

463126fdff7b40b19f95922251fb3d26.png



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–


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