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

1.1建立拓扑，截图如下：

1.2进行配置和设置

• start CLI
• 支持OpenFlow 1.0 1.1 1.2 1.3
• 其他使用默认设置（Controller选择默认的openflow reference）
• 设置H1的IP（10.0.0.1）、H2的IP（10.0.0.2）
  

1.3测试两台主机之间的联通性

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进行分析

原理图如下：

2.1 Hello报文

第一台的控制器6633端口，交换机47788端口

控制器最多可以支持OpenFlow 1.0

交换机最多可以支持OpenFlow 1.3

双方建立连接后，并且使用OpenFlow 1.0

2.2 Features Request报文

控制器6633端口（我需要你的特征信息） 发送给---> 交换机47788端口

2.3 Set Config报文

控制器6633端口（请按照我给你的flag和max bytes of packet进行配置） 发送给---> 交换机47788端口

2.4 Features Reply报文

交换机35534端口（这是我的特征信息，请查收）---> 控制器47788端口

交换机在收到控制器发出的 Features Request 消息后返回 Features Request 消息，Features 消息包括 OpenFlow Header 和 Features Reply Message。后者结构如下:

struct ofp_switch_features{
    struct ofp_header header;
    uint64_t datapath_id; /*唯一标识 id 号*/
    uint32_t n_buffers; /*交缓冲区可以缓存的最大数据包个数*/
    uint8_t n_tables; /*流表数量*/
    uint8_t pad[3]; /*align to 64 bits*/
    uint32_t capabilities; /*支持的特殊功能，具体见 ofp_capabilities*/
    uint32_t actions; /*支持的动作，具体见 ofp_actions_type*/
    struct ofp_phy_port ports[0]; /*物理端口描述列表，具体见 ofp_phy_port*/
};

查看报文内容

Frame 1148: 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: 47788, Dst Port: 6633, Seq: 201, Ack: 29, Len: 176
OpenFlow 1.0
    .000 0001 = Version: 1.0 (0x01)
    Type: OFPT_FEATURES_REPLY (6)
    Length: 176
    Transaction ID: 3236891122
    Datapath unique ID: 0x0000000000000001
        MAC addr: 00:00:00_00:00:00 (00:00:00:00:00:00)
        Implementers part: 0x0001
    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: 1a:8a:04:ee:d3:4c (1a:8a:04:ee:d3:4c)
        Port Name: s1
        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: 8e:d7:10:bc:b3:36 (8e:d7:10:bc:b3:36)
        Port Name: s1-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: 26:48:18:51:fe:63 (26:48:18:51:fe:63)
        Port Name: s1-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

2.5 Packet_in报文

交换机47788端口（有数据包进来，请指示）--- 控制器6633端口

有两种情况会触发交换机向控制器发送 Packet-in 消息：

当交换机收到一个数据包后，查找流表。如果流表中有匹配条目，则交换机按照流表所指示的 action 列表处理数据包。如果没有，则交换机将数据包封装在 Packet-in 消息中发送给控制器处理，注意这时候数据包仍然会被放进缓冲区等待处理而不是被丢弃。
数据包在流表中有匹配的条目，但是其中所指示的 action 列表中包含转发给控制器的动作（Output = CONTROLLER），注意这时候数据包不会被放进缓冲区。
Packet-in消息格式如下：

struct ofp_packet_in {
    struct ofp_header header;
    uint32_t buffer_id; /*Packet-in消息所携带的数据包在交换机缓存区中的ID*/
    uint16_t total_len; /*data字段的长度*/
    uint16_t in_port; /*数据包进入交换机时的端口号*/
    uint8_t reason; /*发送Packet-in消息的原因，具体见 ofp_packet_in_reason*/
    uint8_t pad;
    uint8_t data[0]; /*携带的数据包*/
};

分析抓取的数据包

Frame 1176: 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: 47788, Dst Port: 6633, Seq: 377, 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: 1
    Reason: No matching flow (table-miss flow entry) (0)
    Pad: 00
    Ethernet II, Src: 32:47:7d:ae:a0:60 (32:47:7d:ae:a0:60), 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: 32:47:7d:ae:a0:60 (32:47:7d:ae:a0:60)
            Address: 32:47:7d:ae:a0:60 (32:47:7d:ae:a0:60)
            .... ..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: 0xce7b [correct]
        [Checksum Status: Good]
        Reserved: 0000
        Number of Multicast Address Records: 1
        Multicast Address Record Changed to exclude: ff02::1:ffae:a060
            Record Type: Changed to exclude (4)
            Aux Data Len: 0
            Number of Sources: 0
            Multicast Address: ff02::1:ffae:a060

2.6 Packet_out报文

控制器6633端口（请按照我给你的action进行处理） ---> 交换机47788端口

Packet_out的结构

struct ofp_packet_out {
    struct ofp_header header;
    uint32_t buffer_id; /*交换机缓存区id，如果为-1则指定的为packet-out消息携带的data字段*/
    uint16_t in_port; /*如果buffer_id为‐1，并且action列表中指定了Output=TABLE的动作,in_port将作为data段
数据包的额外匹配信息进行流表查询*/
    uint16_t actions_len; /*action列表的长度，可以用来区分actions和data段*/
    struct ofp_action_header actions[0]; /*动作列表*/
    uint8_t data[0]; /*数据缓存区，可以存储一个以太网帧，可选*/
}

告诉输出到交换机的47788端口

Frame 1180: 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: 47788, Seq: 29, Ack: 485, 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: 1
    Actions length: 8
    Actions type: Output to switch port (0)
    Action length: 8
    Output port: 65531
    Max length: 0
    Ethernet II, Src: 32:47:7d:ae:a0:60 (32:47:7d:ae:a0:60), Dst: IPv6mcast_16 (33:33:00:00:00:16)
    Internet Protocol Version 6, Src: ::, Dst: ff02::16
    Internet Control Message Protocol v6

接下来是另一台交换机（端口47790）与控制器（端口6633）的交互过程

h1 ping h2

flow_mod
结合flow_mod结构

struct ofp_flow_mod {
    struct ofp_header header;
    struct ofp_match match; /*流表的匹配域*/ 
    uint64_t cookie; /*流表项标识符*/
    uint16_t command; /*可以是ADD,DELETE,DELETE-STRICT,MODIFY,MODIFY-STRICT*/
    uint16_t idle_timeout; /*空闲超时时间*/
    uint16_t hard_timeout; /*最大生存时间*/
    uint16_t priority; /*优先级，优先级高的流表项优先匹配*/
    uint32_t buffer_id; /*缓存区ID ,用于指定缓存区中的一个数据包按这个消息的action列表处理*/  
    uint16_t out_port; /*如果这条消息是用于删除流表则需要提供额外的匹配参数*/
    uint16_t flags; /*标志位，可以用来指示流表删除后是否发送flow‐removed消息，添加流表时是否检查流表重复项，添加的流表项是否为应急流表项。*/
    struct ofp_action_header actions[0]; /*action列表*/
};

分析抓取的flow_mod数据包，控制器通过6633端口向交换机47790端口、交换机47788端口下发流表项，指导数据的转发处理

2.8 把控制器从openflow reference改成ovs controller

在hello报文中可以发现控制器支持的OpenFlow版本从1.0变成了1.3，因此，经过协商交换机和控制器之间将通过1.3版本的OpenFlow协议进行通信

flow_mod

总结

通过这次实验，了解了OpenFlow交换机和控制器之间的交互步骤，以及之间的openflow之间的协议传输，以及之间的各种报文。之间的步骤：
1.控制器与交互及互相发送 Hello 消息。
2.Features Request，OpenFlow 连接建立之后，控制器获得交换机的特性信息。
3.Features Reply，交换机在收到控制器发出的 Features Request 消息后返回 Features Request 消息。
4.Set config，知道了交换机的特性之后配置交换机。
5. Packet-in
6. Packet-out
通过这次实验对于OpenFlow协议的理解进一步加深了，收获不少。