基于OpenDayLight 的流表控制研究

2023-09-12高丽

科学技术创新 2023年21期

高丽

（兰州石化职业技术大学，甘肃兰州）

1 OpenDayLight 介绍

SDN 控制器是SDN 中的应用程序，类似网络的“大脑”，控制网络中的所有设备，而原来的通用网络硬件只需要听从控制器的命令进行“傻瓜式”转发就可以了，完全将网络设备的数据平面和控制平面相分离，实现网络的集中控制和智能化管理。

SDN 开源的控制器[1]主要有NOX、POX、Ryu、Floodlight、OpenDayLight（ODL）等，其中NOX 是一款OpenFlow 控制器，是SDN 开发的基础，POX 多用于快速开发控制器原型。Ryu 与OpenStack 平台相结合，提供很多API，支持创建网络管理应用。Floodlight 是基于Beacon 的企业级OpenFlow 控制器。ODL 是Linux基金会管理的开源项目，本研究主要介绍ODL。

ODL 是使用JAVA 语言开发的控制器，它的框架具有模块化、可升级、支持多协议、可扩展的特点。ODL 框架包括网络应用编排与服务、控制器、物理/虚拟网络设备三层，三层之间有北向接口与南向接口连接。控制器通过北向接口向应用层提供服务，使用控制器收集信息进行分析、部署网络规则。南向接口通过多种协议，动态地连接在业务抽象层（SAL）。ODL 平台采用OSGI 框架，支持模块化和可扩展。YANG UI是ODL 中基于DLUX 的应用，通过动态封装、调用YANG 模型和相关REST APIs，生成并展示UI 界面。在ODL 中通过YANGTools 项目管理YANG，该项目包含YANG、YANG 模型的代码生成和DOM/Java 格式之间的映射，DataStore 的建模及其操作（RPC 和通知），提供RESTCONF 访问数据等模块。为了简化和促进ODL 应用程序的开发，ODL 提供了基于YANG 模型生成并呈现简单的界面，相关的feature 组建有odldlux-core、odl-dluxapps-yangui、odl-dluxapps-yangvisualizer、odl-dluxapps-yangman 等。

2 构建OpenDayLight 控制器

2.1 环境准备

构建OpenDayLight 控制器的环境所需要的环境，硬件环境中CPU 数量为2 核、内存空间为4G、磁盘容量为20G，软件环境需要Ubuntu16.04、Mininet、Open－DayLight。本研究是在已经安装Mininet 工具的基础上进行ODL 的安装和使用。

2.2 安装准备

在root 模式下：

（1）安装OpenDayLight 的依赖包：apt-get update。

（2）安装基础包：apt-get install unzip lrzsz。

（3）安装运行环境JDK。命令apt-get install openjdk-8-jdk。

（4）设置JDK 环境变量。

打开配置文件：vi /etc/profile。在文件最后添加以下设置：

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

注意为使得文件生效，要执行source /etc/profile命令。并使用echo ${JAVA_HOME}和java -version命令确认JDK 版本、配置是否生效。

2.3 下载安装OpenDayLight

OpenDayLight 为开源软件下载链接：

解压压缩文件，并打开文件org.apache.karaf.managemnet.cfg 修改参数如下：

OpenDayLight 已安装成功，在distribution-karaf-0.6.0-Carbon 目录下使用命令./bin/karaf 启动karaf 容器，开启界面见图1。

图1 OpenDayLight 的开启界面

此时通过karaf 安装feature。安装内容如下，在此提醒需要严格按照以下顺序安装，否则可能会导致无法访问UI 界面。

如果没有按照顺序安装，致使无法登录进入ODL主界面[2]。需要删除data 后重新安装组件。

3 OpenDayLight 控制器的使用

3.1 开启ODL

Miniet 环境下，在Miniedit 界面化工具下创建拓扑，一台交换机下挂三台主机。运行拓扑，在此提醒注意开启OpenDayLight。

在下发流表之前，查看以下内容：

（1）登录控制器c0。执行netstat -an ｜ grep 6633 命令，得到c0 是否处于监听的状态。

（2）登录交换机s1。在c0 处于监听状态的前提下，执行ovs-vsctl show 命令，查看交换机的网卡链接情况，此时结果中is_connectedde 的值为true 时，表示已连接到控制器c0。

（3）查看主机IP 地址。分别登录h1、h2、h3，使用ifconfig 命令查看IP 地址为10.0.0.1、10.0.0.2、10.0.0.3。

3.2 基于openflow1.0 下发流表

OpenFlow1.0 协议只支持单流表，处理数据包的流程简洁。它的工作流程即是交换机接收、解析数据包，之后从table 0 开始匹配，匹配成功时对该数据包执行相应的动作、更新计数器；如果匹配失败则将数据包交给控制器c0。

操作如下：

（1）切换到交换机s1，使用命令ovs-vsctl set bridge br0 protocol=OpenFlow10.

（2）在浏览器中输入http://127.0.0.1:8181/index.html，开启ODL 的web 界面。使用账号和密码：admin登录之后，加载网络拓扑，查看拓扑节点ID 信息，得到端口号及对应节点控制器ID、MAC 地址等。

（3）基于节点信息，选择expand all 中的open daylight-inventoryrev 2013-08-19, 设置node id=openflow:1，table id=0，flow{id}的信息。

（4）点击flow list 后面的“+”，设置id=1，flow id会自动同步，然后match --> ethernet-match -->ethernet -type，填写“type”为“0x0800(IPv4)”。

（5）选择“layer-3-match”下拉框中的“ipv4-match”，弹开“layer-3-match”，补充完整源IP 地址和目的 IP 地址，分别为 h1、h2 的 IP 地址是10.0.0.1，10.0.0.2。

（6）设置instructions 的动作为丢包。弹开instructions，点击instruction list 后面的“+”，instruction order 设置为0，instruction 的值选择为“apply-actionscase”；弹开apply-actions，点击“action list”后面的“+”，action order 设置为0，action 设置为“dropaction-case”。

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

（8）发送流表。选择PUT 动作，点击Send，弹出request sent successfully 提示信息，即发送成功。

（9）测试流表下发情况。返回mininet 终端，输入命令sh ovs-vsctl dump-flows s1,查看下发流表。在新下发内容的流表中，priority=27，IP 源地址、目的地址分别为h1、h2 的地址，动作是drop。再通过执行h1 ping h2，得到100%丢包率，见图2。

图2 h1 与h2 无法通信

由结果图可知h1 与h2 之间不通，h1 与h3 通，新下发的流表项生效。如果删除下发的流表项，h1 再次ping h2，此时可以正常通信。

3.3 基于openflow1.3 下发流表

OpenFlow1.3 协议支持多流表匹配[3]。数据包处理的原理如下：

收到设备的报文后，首先进行解析，解析后按照优先级别开始依次匹配流表项。一般根据报文头的字段和报文类型进行匹配。如果匹配成功，按照指令集更新相关信息，并按照指令确定是否前往下一个流表，不前往则终止执行动作集。匹配失败有两种情况，一种是存在无匹配流表项（table miss），它的处理方式是将报文转发给控制器、丢弃或转发给其他流表。一种是不存在table miss 表项则丢弃该报文。

操作如下：

（1）指定OpenFlow1.3 版本连接ODL。使用命令mn -c 清除上面绘制的topo，创建拓扑，指定协议为OpenFlow1.3。命令为

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

（2）分别通过GET、Send，DELETE、Send,查看配置流表node id=openflow:1，table id=0 信息并删除流表信息。

（3）pingall 并使用命令sh ovs-ofctl dumpflows -O OpenFlow13 s1 查看下流表，所有流表项正常发送。

（4）下发流表。这里设置node id=openflow:1，table id=2，其余参考基于OpenFlow1.0 的设置方式下发流表。

（5）再次查看流表，h1 发送流表给h2，actions的值为drop。但在测试h1 ping h2，发现h1 发送h2的包并没有丢弃，是连通的，这是因为OpenFlow1.3 版本的流水线式处理流表，从优先级最高的table0 开始，依次匹配，这里执行了优先级更高的table0，导致h1 与h2 能够正常通信。这里将instruction 设置为goto-table-case，使得table0 转到table2，并设置priority的值为23，接下来通过选择PUT、Send 下发，再回mininet 下查看流表及h1 和h3 连通性。

（6）查看流表结果，得到priority=23，actions 的值为goto_table：2 的流表项。

测试hi ping h2 连通性，结果见图3。得到h1 ping h2 丢包率为100%。