實驗6：開源控制器實踐——RYU

第一部分：基本實驗

實驗步驟1

• 步驟內容：完成Ryu控制器的安裝。

實驗步驟2

• 步驟內容：搭建下圖所示SDN拓撲，協議使用Open Flow 1.0，並連線Ryu控制器。
  sudo mn --topo=single,3 --mac --controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 --switch ovsk,protocols=OpenFlow10建立拓撲

實驗步驟3

• 步驟內容：通過Ryu的圖形介面檢視網路拓撲。
  首先在存放有ryu的檔案目錄內執行終端，並輸入命令：ryu-manager ryu/ryu/app/gui_topology/gui_topology.py --observe-links連線ryu控制器
  在瀏覽器中輸入地址http://127.0.0.1:8080即可開啟ryu的圖形介面
  檢視到的網路拓撲如下：

實驗步驟4

• 步驟內容：閱讀Ryu文件的The First Application一節，執行並使用 tcpdump 驗證L2Switch，分析和POX的Hub模組有何不同。
• 編寫以下程式碼，命名為L2Switch.py，存放於ryu/ryu/app資料夾內，終端執行命令:ryu-manager L2Switch.py
  執行結果

h1 ping h2

h1 ping h3

• 通過mininet命令列輸入命令：dpctl dump-flows分別檢視L2Switch模組及Hub模組下控制器流表資訊

• L2Switch
  

• Hub

不同點：POX的下發流表可以檢視，L2Switch的下發流表無法檢視。

第二部分：進階實驗

實驗內容：閱讀Ryu關於simple_switch.py和simple_switch_1x.py的實現，以simple_switch_13.py為例，完成其程式碼的註釋工作，並回答下列問題：
註釋結果如下:

  # Copyright (C) 2011 Nippon Telegraph and Telephone Corporation.
  #
  # Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
  # you may not use this file except in compliance with the License.
  # You may obtain a copy of the License at
  #
  #    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  #
  # Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  # distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  # WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or
  # implied.
  # See the License for the specific language governing permissions and
  # limitations under the License.

  #引入資料包
  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
  from ryu.lib.packet import ether_types


  class SimpleSwitch13(app_manager.RyuApp):  #定義openflow版本
      OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]

def __init__(self, *args, **kwargs):
    super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)
    # 定義儲存mac地址到埠的對映
    self.mac_to_port = {}

@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)
def switch_features_handler(self, ev):
    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.  The bug has been fixed in OVS v2.1.0.
    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, buffer_id=None):   
    #增加流表項
  # 獲取交換機資訊
    ofproto = datapath.ofproto
    parser = datapath.ofproto_parser

    inst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS,actions)]
    if buffer_id:
    mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, buffer_id=buffer_id,priority=priority, match=match,instructions=inst)
    else:
        mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, priority=priority,
                                match=match, instructions=inst)
    datapath.send_msg(mod)

#觸發Packet_In事件時呼叫_packet_in_handler函式
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
def _packet_in_handler(self, ev):
    # If you hit this you might want to increase
    # the "miss_send_length" of your switch
    if ev.msg.msg_len < ev.msg.total_len:
        self.logger.debug("packet truncated: only %s of %s bytes",
                          ev.msg.msg_len, ev.msg.total_len)
    msg = ev.msg
    datapath = msg.datapath
    ofproto = datapath.ofproto
    parser = datapath.ofproto_parser
    in_port = msg.match['in_port']

    pkt = packet.Packet(msg.data)
    eth = pkt.get_protocols(ethernet.ethernet)[0]
   
   #忽略LLDP型別
    if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:
        # ignore lldp packet
        return
    dst = eth.dst
    src = eth.src

    dpid = format(datapath.id, "d").zfill(16)
    self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})

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

    # 瞭解mac地址以避免下次氾濫。
    self.mac_to_port[dpid][src] = in_port
     # 檢視是否已學習該目的mac地址
    if dst in self.mac_to_port[dpid]:
        out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]
    else:   # 否則進行洪泛
        out_port = ofproto.OFPP_FLOOD

    actions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]

    # 安裝一個流以避免下次出現數據包_
    if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:
        match = parser.OFPMatch(in_port=in_port, eth_dst=dst, eth_src=src)
        # 驗證是否有有效的緩衝區id，如果是，則避免同時傳送這兩個id
        # 流量模組和資料包輸出
        if msg.buffer_id != ofproto.OFP_NO_BUFFER:
            self.add_flow(datapath, 1, match, actions, msg.buffer_id)
            return
        else:
            self.add_flow(datapath, 1, match, actions)
    data = None
    if msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:
        data = msg.data

    out = parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id,
                              in_port=in_port, actions=actions, data=data)
    datapath.send_msg(out)  #傳送流表
 

a) 程式碼當中的mac_to_port的作用是什麼？
儲存mac地址到交換機埠的對映，為交換機自學習功能提供資料結構進行mac埠的儲存

b) simple_switch和simple_switch_13在dpid的輸出上有何不同
可見在simple_switch_13中，會在前端加上0以填充至16位，simple_switch直接輸出dpid

c) 相比simple_switch，simple_switch_13增加的switch_feature_handler實現了什麼功能？
實現了交換機以特性應答訊息響應特性請求

d) simple_switch_13是如何實現流規則下發的？
在接收到packetin事件後，首先獲取包學習，交換機資訊，乙太網資訊，協議資訊等。如果乙太網型別是LLDP型別，則不予處理。如果不是，則獲取源埠目的埠，以及交換機id，先學習源地址對應的交換機的入埠，再檢視是否已經學習目的mac地址，如果沒有則進行洪泛轉發。如果學習過該mac地址，則檢視是否有buffer_id，如果有的話，則在新增流動作時加上buffer_id，向交換機發送流表

e) switch_features_handler和_packet_in_handler兩個事件在傳送流規則的優先順序上有何不同？
switch_features_handler下發流表的優先順序相對較高

第三部分：反思與總結

• 實驗難度：相較於前幾次實驗較難。

• 實驗過程遇到的困難及解決方法
  首先是在ryu圖形介面下檢視網路拓撲過程中，ryu開啟失敗了好幾次，多次嘗試才知道開啟的目錄出錯，需要在包含ryu的檔案目錄內開啟才能成功。
  還有一點就是驗證L2Switch模組的步驟，h1，h2，h3沒有相互連線，通過百度一直沒法解決，最後通過請教同學，才知道需要先開啟ryu，再建立拓撲，才能相互連通。在這個問題上被困了很久。
  註釋問題上，對於理解程式碼有著一定的困難，檔案裡有了一定的英文註釋了，通過百度翻譯，和對程式碼的查詢，才完成對程式碼的註釋,瞭解了程式碼的功能。

• 個人感想
  通過本次實驗，對ryu的使用有了初步的瞭解認識，對L2Wwitch模組的洪泛轉發功能也有了一定的瞭解，並且也能夠區分和Hub模組的不同之處。對於sdn這門課有了更深的認識，通過註釋，對python也得到了一定的學習。