基于OpenDayLight 的流表控制研究

高 麗

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州）

1 OpenDayLight 介紹

SDN 控制器是SDN 中的應(yīng)用程序，類似網(wǎng)絡(luò)的“大腦”，控制網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備，而原來的通用網(wǎng)絡(luò)硬件只需要聽從控制器的命令進(jìn)行“傻瓜式”轉(zhuǎn)發(fā)就可以了，完全將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)平面和控制平面相分離，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中控制和智能化管理。

SDN 開源的控制器[1]主要有NOX、POX、Ryu、Floodlight、OpenDayLight（ODL）等，其中NOX 是一款OpenFlow 控制器，是SDN 開發(fā)的基礎(chǔ)，POX 多用于快速開發(fā)控制器原型。Ryu 與OpenStack 平臺(tái)相結(jié)合，提供很多API，支持創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用。Floodlight 是基于Beacon 的企業(yè)級(jí)OpenFlow 控制器。ODL 是Linux基金會(huì)管理的開源項(xiàng)目，本研究主要介紹ODL。

ODL 是使用JAVA 語言開發(fā)的控制器，它的框架具有模塊化、可升級(jí)、支持多協(xié)議、可擴(kuò)展的特點(diǎn)。ODL 框架包括網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編排與服務(wù)、控制器、物理/虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三層，三層之間有北向接口與南向接口連接。控制器通過北向接口向應(yīng)用層提供服務(wù)，使用控制器收集信息進(jìn)行分析、部署網(wǎng)絡(luò)規(guī)則。南向接口通過多種協(xié)議，動(dòng)態(tài)地連接在業(yè)務(wù)抽象層（SAL）。ODL 平臺(tái)采用OSGI 框架，支持模塊化和可擴(kuò)展。YANG UI是ODL 中基于DLUX 的應(yīng)用，通過動(dòng)態(tài)封裝、調(diào)用YANG 模型和相關(guān)REST APIs，生成并展示UI 界面。在ODL 中通過YANGTools 項(xiàng)目管理YANG，該項(xiàng)目包含YANG、YANG 模型的代碼生成和DOM/Java 格式之間的映射，DataStore 的建模及其操作（RPC 和通知），提供RESTCONF 訪問數(shù)據(jù)等模塊。為了簡(jiǎn)化和促進(jìn)ODL 應(yīng)用程序的開發(fā)，ODL 提供了基于YANG 模型生成并呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的界面，相關(guān)的feature 組建有odldlux-core、odl-dluxapps-yangui、odl-dluxapps-yangvisualizer、odl-dluxapps-yangman 等。

2 構(gòu)建OpenDayLight 控制器

2.1 環(huán)境準(zhǔn)備

構(gòu)建OpenDayLight 控制器的環(huán)境所需要的環(huán)境，硬件環(huán)境中CPU 數(shù)量為2 核、內(nèi)存空間為4G、磁盤容量為20G，軟件環(huán)境需要Ubuntu16.04、Mininet、Open－DayLight。本研究是在已經(jīng)安裝Mininet 工具的基礎(chǔ)上進(jìn)行ODL 的安裝和使用。

2.2 安裝準(zhǔn)備

在root 模式下：

（1）安裝OpenDayLight 的依賴包：apt-get update。

（2）安裝基礎(chǔ)包：apt-get install unzip lrzsz。

（3）安裝運(yùn)行環(huán)境JDK。命令apt-get install openjdk-8-jdk。

（4）設(shè)置JDK 環(huán)境變量。

打開配置文件：vi /etc/profile。在文件最后添加以下設(shè)置：

export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-1.8.0-ope njdk-i386

export JRE_HOME=u${JAVA_HOME}/jre

export CLASSPATH=.:${JAVA_HOME)/lib:$(JRE_HOME)/lib

export PATH=${JAVA HOME}/bin:$PATH

注意為使得文件生效，要執(zhí)行source /etc/profile命令。并使用echo ${JAVA_HOME}和java -version命令確認(rèn)JDK 版本、配置是否生效。

2.3 下載安裝OpenDayLight

OpenDayLight 為開源軟件下載鏈接：

解壓壓縮文件，并打開文件org.apache.karaf.managemnet.cfg 修改參數(shù)如下：

OpenDayLight 已安裝成功，在distribution-karaf-0.6.0-Carbon 目錄下使用命令./bin/karaf 啟動(dòng)karaf 容器，開啟界面見圖1。

圖1 OpenDayLight 的開啟界面

此時(shí)通過karaf 安裝feature。安裝內(nèi)容如下，在此提醒需要嚴(yán)格按照以下順序安裝，否則可能會(huì)導(dǎo)致無法訪問UI 界面。

如果沒有按照順序安裝，致使無法登錄進(jìn)入ODL主界面[2]。需要?jiǎng)h除data 后重新安裝組件。

3 OpenDayLight 控制器的使用

3.1 開啟ODL

Miniet 環(huán)境下，在Miniedit 界面化工具下創(chuàng)建拓?fù)洌慌_(tái)交換機(jī)下掛三臺(tái)主機(jī)。運(yùn)行拓?fù)洌诖颂嵝炎⒁忾_啟OpenDayLight。

在下發(fā)流表之前，查看以下內(nèi)容：

（1）登錄控制器c0。執(zhí)行netstat -an ｜ grep 6633 命令，得到c0 是否處于監(jiān)聽的狀態(tài)。

（2）登錄交換機(jī)s1。在c0 處于監(jiān)聽狀態(tài)的前提下，執(zhí)行ovs-vsctl show 命令，查看交換機(jī)的網(wǎng)卡鏈接情況，此時(shí)結(jié)果中is_connectedde 的值為true 時(shí)，表示已連接到控制器c0。

（3）查看主機(jī)IP 地址。分別登錄h1、h2、h3，使用ifconfig 命令查看IP 地址為10.0.0.1、10.0.0.2、10.0.0.3。

3.2 基于openflow1.0 下發(fā)流表

OpenFlow1.0 協(xié)議只支持單流表，處理數(shù)據(jù)包的流程簡(jiǎn)潔。它的工作流程即是交換機(jī)接收、解析數(shù)據(jù)包，之后從table 0 開始匹配，匹配成功時(shí)對(duì)該數(shù)據(jù)包執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作、更新計(jì)數(shù)器；如果匹配失敗則將數(shù)據(jù)包交給控制器c0。

操作如下：

（1）切換到交換機(jī)s1，使用命令ovs-vsctl set bridge br0 protocol=OpenFlow10.

（2）在瀏覽器中輸入http://127.0.0.1:8181/index.html，開啟ODL 的web 界面。使用賬號(hào)和密碼：admin登錄之后，加載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌榭赐負(fù)涔?jié)點(diǎn)ID 信息，得到端口號(hào)及對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)控制器ID、MAC 地址等。

（3）基于節(jié)點(diǎn)信息，選擇expand all 中的open daylight-inventoryrev 2013-08-19, 設(shè)置node id=openflow:1，table id=0，flow{id}的信息。

（4）點(diǎn)擊flow list 后面的“+”，設(shè)置id=1，flow id會(huì)自動(dòng)同步，然后match --> ethernet-match -->ethernet -type，填寫“type”為“0x0800(IPv4)”。

（5）選擇“l(fā)ayer-3-match”下拉框中的“ipv4-match”，彈開“l(fā)ayer-3-match”，補(bǔ)充完整源IP 地址和目的 IP 地址，分別為 h1、h2 的 IP 地址是10.0.0.1，10.0.0.2。

（6）設(shè)置instructions 的動(dòng)作為丟包。彈開instructions，點(diǎn)擊instruction list 后面的“+”，instruction order 設(shè)置為0，instruction 的值選擇為“apply-actionscase”；彈開apply-actions，點(diǎn)擊“action list”后面的“+”，action order 設(shè)置為0，action 設(shè)置為“dropaction-case”。

（7）配置priority 為27，cookie 為100000000，table_id 為0，idle-timeout 為0，hard-timeout 為0。

（8）發(fā)送流表。選擇PUT 動(dòng)作，點(diǎn)擊Send，彈出request sent successfully 提示信息，即發(fā)送成功。

（9）測(cè)試流表下發(fā)情況。返回mininet 終端，輸入命令sh ovs-vsctl dump-flows s1,查看下發(fā)流表。在新下發(fā)內(nèi)容的流表中，priority=27，IP 源地址、目的地址分別為h1、h2 的地址，動(dòng)作是drop。再通過執(zhí)行h1 ping h2，得到100%丟包率，見圖2。

圖2 h1 與h2 無法通信

由結(jié)果圖可知h1 與h2 之間不通，h1 與h3 通，新下發(fā)的流表項(xiàng)生效。如果刪除下發(fā)的流表項(xiàng)，h1 再次ping h2，此時(shí)可以正常通信。

3.3 基于openflow1.3 下發(fā)流表

OpenFlow1.3 協(xié)議支持多流表匹配[3]。數(shù)據(jù)包處理的原理如下：

收到設(shè)備的報(bào)文后，首先進(jìn)行解析，解析后按照優(yōu)先級(jí)別開始依次匹配流表項(xiàng)。一般根據(jù)報(bào)文頭的字段和報(bào)文類型進(jìn)行匹配。如果匹配成功，按照指令集更新相關(guān)信息，并按照指令確定是否前往下一個(gè)流表，不前往則終止執(zhí)行動(dòng)作集。匹配失敗有兩種情況，一種是存在無匹配流表項(xiàng)（table miss），它的處理方式是將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給控制器、丟棄或轉(zhuǎn)發(fā)給其他流表。一種是不存在table miss 表項(xiàng)則丟棄該報(bào)文。

操作如下：

（1）指定OpenFlow1.3 版本連接ODL。使用命令mn -c 清除上面繪制的topo，創(chuàng)建拓?fù)洌付▍f(xié)議為OpenFlow1.3。命令為

mn --custom sdn.py --topo mytopo --controller=remote,ip =127.0.0.1,port =6633--switchovsk,protoctls=OpenFlow13

（2）分別通過GET、Send，DELETE、Send,查看配置流表node id=openflow:1，table id=0 信息并刪除流表信息。

（3）pingall 并使用命令sh ovs-ofctl dumpflows -O OpenFlow13 s1 查看下流表，所有流表項(xiàng)正常發(fā)送。

（4）下發(fā)流表。這里設(shè)置node id=openflow:1，table id=2，其余參考基于OpenFlow1.0 的設(shè)置方式下發(fā)流表。

（5）再次查看流表，h1 發(fā)送流表給h2，actions的值為drop。但在測(cè)試h1 ping h2，發(fā)現(xiàn)h1 發(fā)送h2的包并沒有丟棄，是連通的，這是因?yàn)镺penFlow1.3 版本的流水線式處理流表，從優(yōu)先級(jí)最高的table0 開始，依次匹配，這里執(zhí)行了優(yōu)先級(jí)更高的table0，導(dǎo)致h1 與h2 能夠正常通信。這里將instruction 設(shè)置為goto-table-case，使得table0 轉(zhuǎn)到table2，并設(shè)置priority的值為23，接下來通過選擇PUT、Send 下發(fā)，再回mininet 下查看流表及h1 和h3 連通性。

（6）查看流表結(jié)果，得到priority=23，actions 的值為goto_table：2 的流表項(xiàng)。

測(cè)試hi ping h2 連通性，結(jié)果見圖3。得到h1 ping h2 丟包率為100%。

圖3 h1 與h2 無法通信

結(jié)束語

本研究在安裝Mininet 環(huán)境下，通過程序生成真實(shí)網(wǎng)絡(luò)流量，對(duì)OpenFlow 流表實(shí)現(xiàn)控制。通過ODL的YANG UI 進(jìn)行比如改寫源和目的主機(jī)的IP、MAC地址、優(yōu)先級(jí)別等操作，下發(fā)不同流表來自主的控制轉(zhuǎn)發(fā)行為、控制主機(jī)之間的連通性，使得控制網(wǎng)絡(luò)更加靈活多樣。