2019 SDN上机第3次作业

1. 利用Mininet仿真平台构建如下图所示的网络拓扑，配置主机h1和h2的IP地址（h1:10.0.0.1，h2:10.0.0.2），测试两台主机之间的网络连通性

• 网络拓扑如下：
  
• 主机连通性测试：
  

2. 利用Wireshark工具，捕获拓扑中交换机与控制器之间的通信数据，对OpenFlow协议类型的各类报文（hello, features_request, features_reply, set_config, packet_in, packet_out等）进行分析，对照wireshark截图写出你的分析内容。

• HELLO报文
  从控制器发往交换机的HELLO报文，说明控制器使用的协议版本为1.0
  
  从交换机发往控制器的HELLO报文，说明交换机使用的协议版本为1.3
  
  至此双方采用openflow1.0版本建立连接
  Q1：Hello 消息是使用什么协议传输？TCP？UDP？
  TCP,从上面的报文截图可以观察到传输层使用TCP协议
  Q2：所有的网络协议在升级的时候都必须向前兼容更低版本的协议？why？
  是。因为网络是一个庞大的系统，里面有很多机器是很早就部署好的，当协议升级后那些机器因为开销或各种原因没有办法立即更换。如果协议不能向下兼容，那这台机器就会失去作用，那它负责的网络就会无法访问，这是不能容忍的。
• Features Request报文
  控制器向交换机请求特征信息
  
• Set Config报文
  
  控制器配置交换机的属性
  • 第一个属性为 flags，用来指示交换机如何处理 IP 分片数据包。
  • 第二个属性为 miss_send_len，用来指示当一个交换机无法处理的数据包到达时，将数据包发给控制器的最大字节数。
• Features Reply报文
  
  报文详细内容如下：

No.     Time           Source                Destination           Protocol Length Info
     20 0.136426006    127.0.0.1             127.0.0.1             OpenFlow 244    Type: OFPT_FEATURES_REPLY

Frame 20: 244 bytes on wire (1952 bits), 244 bytes captured (1952 bits) on interface 0
Linux cooked capture
Internet Protocol Version 4, Src: 127.0.0.1, Dst: 127.0.0.1
Transmission Control Protocol, Src Port: 57198, Dst Port: 6633, Seq: 9, Ack: 29, Len: 176
OpenFlow 1.0
    .000 0001 = Version: 1.0 (0x01)
    Type: OFPT_FEATURES_REPLY (6)
    Length: 176
    Transaction ID: 1882383166
    Datapath unique ID: 0x0000000000000002
    n_buffers: 0
    n_tables: 254
    Pad: 000000
    capabilities: 0x000000c7
        .... .... .... .... .... .... .... ...1 = Flow statistics: True
        .... .... .... .... .... .... .... ..1. = Table statistics: True
        .... .... .... .... .... .... .... .1.. = Port statistics: True
        .... .... .... .... .... .... .... 0... = Group statistics: False
        .... .... .... .... .... .... ..0. .... = Can reassemble IP fragments: False
        .... .... .... .... .... .... .1.. .... = Queue statistics: True
        .... .... .... .... .... ...0 .... .... = Switch will block looping ports: False
    actions: 0x00000fff
        .... .... .... .... .... .... .... ...1 = Output to switch port: True
        .... .... .... .... .... .... .... ..1. = Set the 802.1q VLAN id: True
        .... .... .... .... .... .... .... .1.. = Set the 802.1q priority: True
        .... .... .... .... .... .... .... 1... = Strip the 802.1q header: True
        .... .... .... .... .... .... ...1 .... = Ethernet source address: True
        .... .... .... .... .... .... ..1. .... = Ethernet destination address: True
        .... .... .... .... .... .... .1.. .... = IP source address: True
        .... .... .... .... .... .... 1... .... = IP destination address: True
        .... .... .... .... .... ...1 .... .... = IP ToS (DSCP field, 6 bits): True
        .... .... .... .... .... ..1. .... .... = TCP/UDP source port: True
        .... .... .... .... .... .1.. .... .... = TCP/UDP destination port: True
        .... .... .... .... .... 1... .... .... = Output to queue: True
    Port data 1
        Port number: 65534
        HW Address: f2:7d:e8:d6:b0:93 (f2:7d:e8:d6:b0:93)
        Port Name: s2
        Config flags: 0x00000001
            .... .... .... .... .... .... .... ...1 = Port is administratively down: True
            .... .... .... .... .... .... .... ..0. = Disable 802.1D spanning tree on port: False
            .... .... .... .... .... .... .... .0.. = Drop all packets except 802.1D spanning tree packets: False
            .... .... .... .... .... .... .... 0... = Drop received 802.1D STP packets: False
            .... .... .... .... .... .... ...0 .... = Do not include this port when flooding: False
            .... .... .... .... .... .... ..0. .... = Drop packets forwarded to port: False
            .... .... .... .... .... .... .0.. .... = Do not send packet-in msgs for port: False
        State flags: 0x00000001
            .... .... .... .... .... .... .... ...1 = No physical link present: True
        Current features: 0x00000000
            .... .... .... .... .... .... .... ...0 = 10 Mb half-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .... ..0. = 10 Mb full-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .... .0.. = 100 Mb half-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .... 0... = 100 Mb full-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... ...0 .... = 1 Gb half-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... ..0. .... = 1 Gb full-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .0.. .... = 10 Gb full-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... 0... .... = Copper medium: False
            .... .... .... .... .... ...0 .... .... = Fiber medium: False
            .... .... .... .... .... ..0. .... .... = Auto-negotiation: False
            .... .... .... .... .... .0.. .... .... = Pause: False
            .... .... .... .... .... 0... .... .... = Asymmetric pause: False
        Advertised features: 0x00000000
        Features supported: 0x00000000
        Features advertised by peer: 0x00000000
    Port data 2
        Port number: 1
        HW Address: 36:47:33:19:cf:87 (36:47:33:19:cf:87)
        Port Name: s2-eth1
        Config flags: 0x00000000
            .... .... .... .... .... .... .... ...0 = Port is administratively down: False
            .... .... .... .... .... .... .... ..0. = Disable 802.1D spanning tree on port: False
            .... .... .... .... .... .... .... .0.. = Drop all packets except 802.1D spanning tree packets: False
            .... .... .... .... .... .... .... 0... = Drop received 802.1D STP packets: False
            .... .... .... .... .... .... ...0 .... = Do not include this port when flooding: False
            .... .... .... .... .... .... ..0. .... = Drop packets forwarded to port: False
            .... .... .... .... .... .... .0.. .... = Do not send packet-in msgs for port: False
        State flags: 0x00000000
            .... .... .... .... .... .... .... ...0 = No physical link present: False
        Current features: 0x000000c0
            .... .... .... .... .... .... .... ...0 = 10 Mb half-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .... ..0. = 10 Mb full-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .... .0.. = 100 Mb half-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .... 0... = 100 Mb full-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... ...0 .... = 1 Gb half-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... ..0. .... = 1 Gb full-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .1.. .... = 10 Gb full-duplex rate support: True
            .... .... .... .... .... .... 1... .... = Copper medium: True
            .... .... .... .... .... ...0 .... .... = Fiber medium: False
            .... .... .... .... .... ..0. .... .... = Auto-negotiation: False
            .... .... .... .... .... .0.. .... .... = Pause: False
            .... .... .... .... .... 0... .... .... = Asymmetric pause: False
        Advertised features: 0x00000000
        Features supported: 0x00000000
        Features advertised by peer: 0x00000000
    Port data 3
        Port number: 2
        HW Address: 5e:78:e3:b1:ca:a6 (5e:78:e3:b1:ca:a6)
        Port Name: s2-eth2
        Config flags: 0x00000000
            .... .... .... .... .... .... .... ...0 = Port is administratively down: False
            .... .... .... .... .... .... .... ..0. = Disable 802.1D spanning tree on port: False
            .... .... .... .... .... .... .... .0.. = Drop all packets except 802.1D spanning tree packets: False
            .... .... .... .... .... .... .... 0... = Drop received 802.1D STP packets: False
            .... .... .... .... .... .... ...0 .... = Do not include this port when flooding: False
            .... .... .... .... .... .... ..0. .... = Drop packets forwarded to port: False
            .... .... .... .... .... .... .0.. .... = Do not send packet-in msgs for port: False
        State flags: 0x00000000
            .... .... .... .... .... .... .... ...0 = No physical link present: False
        Current features: 0x000000c0
            .... .... .... .... .... .... .... ...0 = 10 Mb half-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .... ..0. = 10 Mb full-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .... .0.. = 100 Mb half-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .... 0... = 100 Mb full-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... ...0 .... = 1 Gb half-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... ..0. .... = 1 Gb full-duplex rate support: False
            .... .... .... .... .... .... .1.. .... = 10 Gb full-duplex rate support: True
            .... .... .... .... .... .... 1... .... = Copper medium: True
            .... .... .... .... .... ...0 .... .... = Fiber medium: False
            .... .... .... .... .... ..0. .... .... = Auto-negotiation: False
            .... .... .... .... .... .0.. .... .... = Pause: False
            .... .... .... .... .... 0... .... .... = Asymmetric pause: False
        Advertised features: 0x00000000
        Features supported: 0x00000000
        Features advertised by peer: 0x00000000

**Q3：uint8_t pad[3] 这一字段的作用是什么？为了保证整个结构体长度是 64bits 的整数倍？**
是

• Packet_in报文
  交换机收到报文时根据下发的流表进行转发行为。
  在报文与流表项目匹配时，action指示发往控制器，则交换机会向控制器发送packet_in报文。
  在没有控制器且在没有流表项目与报文匹配的情况下，交换机的默认行为是丢弃该报文。
  在有控制器的情况下，交换机就会向控制器发送packet_in报文。
  报文内容中值得注意的点是：
  reason:no matching flow
  以及一个封装在openflow协议中具有层次结构的ICMPv6报文
  
  报文详细内容如下：

No.     Time           Source                Destination           Protocol Length Info
     56 0.351175209    ::                    ff02::16              OpenFlow 176    Type: OFPT_PACKET_IN

Frame 56: 176 bytes on wire (1408 bits), 176 bytes captured (1408 bits) on interface 0
Linux cooked capture
Internet Protocol Version 4, Src: 127.0.0.1, Dst: 127.0.0.1
Transmission Control Protocol, Src Port: 57198, Dst Port: 6633, Seq: 249, Ack: 29, Len: 108
OpenFlow 1.0
    .000 0001 = Version: 1.0 (0x01)
    Type: OFPT_PACKET_IN (10)
    Length: 108
    Transaction ID: 0
    Buffer Id: 0xffffffff
    Total length: 90
    In port: 2
    Reason: No matching flow (table-miss flow entry) (0)
    Pad: 00
    Ethernet II, Src: 0e:cd:34:08:88:9d (0e:cd:34:08:88:9d), Dst: IPv6mcast_16 (33:33:00:00:00:16)
        Destination: IPv6mcast_16 (33:33:00:00:00:16)
            Address: IPv6mcast_16 (33:33:00:00:00:16)
            .... ..1. .... .... .... .... = LG bit: Locally administered address (this is NOT the factory default)
            .... ...1 .... .... .... .... = IG bit: Group address (multicast/broadcast)
        Source: 0e:cd:34:08:88:9d (0e:cd:34:08:88:9d)
            Address: 0e:cd:34:08:88:9d (0e:cd:34:08:88:9d)
            .... ..1. .... .... .... .... = LG bit: Locally administered address (this is NOT the factory default)
            .... ...0 .... .... .... .... = IG bit: Individual address (unicast)
        Type: IPv6 (0x86dd)
    Internet Protocol Version 6, Src: ::, Dst: ff02::16
        0110 .... = Version: 6
        .... 0000 0000 .... .... .... .... .... = Traffic Class: 0x00 (DSCP: CS0, ECN: Not-ECT)
            .... 0000 00.. .... .... .... .... .... = Differentiated Services Codepoint: Default (0)
            .... .... ..00 .... .... .... .... .... = Explicit Congestion Notification: Not ECN-Capable Transport (0)
        .... .... .... 0000 0000 0000 0000 0000 = Flow Label: 0x00000
        Payload Length: 36
        Next Header: IPv6 Hop-by-Hop Option (0)
        Hop Limit: 1
        Source: ::
        Destination: ff02::16
        IPv6 Hop-by-Hop Option
            Next Header: ICMPv6 (58)
            Length: 0
            [Length: 8 bytes]
            Router Alert
                Type: Router Alert (0x05)
                    00.. .... = Action: Skip and continue (0)
                    ..0. .... = May Change: No
                    ...0 0101 = Low-Order Bits: 0x05
                Length: 2
                Router Alert: MLD (0)
            PadN
                Type: PadN (0x01)
                    00.. .... = Action: Skip and continue (0)
                    ..0. .... = May Change: No
                    ...0 0001 = Low-Order Bits: 0x01
                Length: 0
                PadN: <none>
    Internet Control Message Protocol v6
        Type: Multicast Listener Report Message v2 (143)
        Code: 0
        Checksum: 0xe6e4 [correct]
        [Checksum Status: Good]
        Reserved: 0000
        Number of Multicast Address Records: 1
        Multicast Address Record Changed to exclude: ff02::1:ff08:889d
            Record Type: Changed to exclude (4)
            Aux Data Len: 0
            Number of Sources: 0
            Multicast Address: ff02::1:ff08:889d

• Packet_out报文
  控制器回复报文给交换机做出指示，应当注意的字段为：
  actions type:output to switch port
  output port:65531
  
  报文详细内容如下：

No.     Time           Source                Destination           Protocol Length Info
     57 0.366529628    ::                    ff02::16              OpenFlow 182    Type: OFPT_PACKET_OUT

Frame 57: 182 bytes on wire (1456 bits), 182 bytes captured (1456 bits) on interface 0
Linux cooked capture
Internet Protocol Version 4, Src: 127.0.0.1, Dst: 127.0.0.1
Transmission Control Protocol, Src Port: 6633, Dst Port: 57198, Seq: 29, Ack: 357, Len: 114
OpenFlow 1.0
    .000 0001 = Version: 1.0 (0x01)
    Type: OFPT_PACKET_OUT (13)
    Length: 114
    Transaction ID: 0
    Buffer Id: 0xffffffff
    In port: 2
    Actions length: 8
    Actions type: Output to switch port (0)
    Action length: 8
    Output port: 65531
    Max length: 0
    Ethernet II, Src: 0e:cd:34:08:88:9d (0e:cd:34:08:88:9d), Dst: IPv6mcast_16 (33:33:00:00:00:16)
        Destination: IPv6mcast_16 (33:33:00:00:00:16)
            Address: IPv6mcast_16 (33:33:00:00:00:16)
            .... ..1. .... .... .... .... = LG bit: Locally administered address (this is NOT the factory default)
            .... ...1 .... .... .... .... = IG bit: Group address (multicast/broadcast)
        Source: 0e:cd:34:08:88:9d (0e:cd:34:08:88:9d)
            Address: 0e:cd:34:08:88:9d (0e:cd:34:08:88:9d)
            .... ..1. .... .... .... .... = LG bit: Locally administered address (this is NOT the factory default)
            .... ...0 .... .... .... .... = IG bit: Individual address (unicast)
        Type: IPv6 (0x86dd)
    Internet Protocol Version 6, Src: ::, Dst: ff02::16
        0110 .... = Version: 6
        .... 0000 0000 .... .... .... .... .... = Traffic Class: 0x00 (DSCP: CS0, ECN: Not-ECT)
            .... 0000 00.. .... .... .... .... .... = Differentiated Services Codepoint: Default (0)
            .... .... ..00 .... .... .... .... .... = Explicit Congestion Notification: Not ECN-Capable Transport (0)
        .... .... .... 0000 0000 0000 0000 0000 = Flow Label: 0x00000
        Payload Length: 36
        Next Header: IPv6 Hop-by-Hop Option (0)
        Hop Limit: 1
        Source: ::
        Destination: ff02::16
        IPv6 Hop-by-Hop Option
            Next Header: ICMPv6 (58)
            Length: 0
            [Length: 8 bytes]
            Router Alert
                Type: Router Alert (0x05)
                    00.. .... = Action: Skip and continue (0)
                    ..0. .... = May Change: No
                    ...0 0101 = Low-Order Bits: 0x05
                Length: 2
                Router Alert: MLD (0)
            PadN
                Type: PadN (0x01)
                    00.. .... = Action: Skip and continue (0)
                    ..0. .... = May Change: No
                    ...0 0001 = Low-Order Bits: 0x01
                Length: 0
                PadN: <none>
    Internet Control Message Protocol v6
        Type: Multicast Listener Report Message v2 (143)
        Code: 0
        Checksum: 0xe6e4 [correct]
        [Checksum Status: Good]
        Reserved: 0000
        Number of Multicast Address Records: 1
        Multicast Address Record Changed to exclude: ff02::1:ff08:889d
            Record Type: Changed to exclude (4)
            Aux Data Len: 0
            Number of Sources: 0
            Multicast Address: ff02::1:ff08:889d

3.总结

以上就是OPENFLOW报文交互时的6种常见报文，常见的交互流程如图所示：

而交换机的转发行为如下所示：

flow_mod报文如下：
flow_mod报文由控制器下发流表指导转发行为

h1 ping h2的交互过程：
可以看出是由控制器指导ICMP报文的转发，在这里面有一些提示no response found，这个是wireshark抓包后自己添加的分析内容，其实观察的话会发现request报文和response报文一直是一对一的。

把控制器的controller type从openflow reference改为OVS controller则openflow协议版本由1.0变为1.3