SDN期末验收

一.实验代码


import httplib2
import time
import json
class OdlUtil:
	url = ''
	def __init__(self, host, port):
		self.url = 'http://' + host + ':' + str(port)
	def install_flow(self, container_name='default',username="admin", password="admin"):
		http = httplib2.Http()
		http.add_credentials(username, password)
		headers = {'Accept': 'application/json'}
		flow_name = 'flow_' + str(int(time.time()*1000))
		#s2流表
		#h2工作时s2端口1流量空闲时下发的流表
		h2_to_s2_1 ='{"flow": [{"id": "0","match": {"ethernet-match":'
               		'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
					'"ipv4-source":"10.0.0.2/32","ipv4-destination": "10.0.0.1/32"},'
            		'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
            		'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
                	'"output-node-connector": "1"},"order": "0"}]}}]},'
            		'"priority": "101","cookie": "1","table_id": "0"}]}'
		#h3工作时s2端口1流量空闲时下发的流表
		h3_to_s2_1 ='{"flow": [{"id": "1","match": {"ethernet-match":'
               		'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
					'"ipv4-source":"10.0.0.3/32","ipv4-destination": "10.0.0.1/32"},'
            		'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
                	'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
                	'"output-node-connector": "1"},"order": "0"}]}}]},'
            		'"priority": "101","cookie": "1","table_id": "0"}]}'
		mh3_to_s2_1 ='{"flow": [{"id": "1","match": {"ethernet-match":'
               		'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
					'"ipv4-source":"10.0.0.3/32","ipv4-destination": "10.0.0.1/32"},'
            		'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
                	'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
                	'"output-node-connector": "1"},"order": "0"}]}}]},'
            		'"priority": "100","cookie": "1","table_id": "0"}]}'
		#h3工作时s2端口1流量满载时下发的流表	
		h3_to_s2_2 ='{"flow": [{"id": "2","match": {"ethernet-match":'
               		'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
					'"ipv4-source":"10.0.0.3/32","ipv4-destination": "10.0.0.1/32"},'
            		'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
                	'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
                	'"output-node-connector": "2"},"order": "0"}]}}]},'
            		'"priority": "101","cookie": "1","table_id": "0"}]}'
		mh3_to_s2_2 ='{"flow": [{"id": "2","match": {"ethernet-match":'
               		'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
					'"ipv4-source":"10.0.0.3/32","ipv4-destination": "10.0.0.1/32"},'
            		'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
                	'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
                	'"output-node-connector": "2"},"order": "0"}]}}]},'
            		'"priority": "100","cookie": "1","table_id": "0"}]}'
		#s3流表
		s3_1='{"flow": [{"id": "0","match": {"ethernet-match":'
            '{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
			'"ipv4-source":"10.0.0.3/32","ipv4-destination": "10.0.0.1/32"},'
            '"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
            '"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
            '"output-node-connector": "1"},"order": "0"}]}}]},'
            '"priority": "101","cookie": "1","table_id": "0"}]}'
		s3_2='{"flow": [{"id": "1","match": {"ethernet-match":'
            '{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
			'"ipv4-source":"10.0.0.1/32","ipv4-destination": "10.0.0.3/32"},'
            '"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
            '"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
            '"output-node-connector": "2"},"order": "0"}]}}]},'
            '"priority": "101","cookie": "2","table_id": "0"}]}'
		#s1流表
		s1_2To1='{"flow": [{"id": "0","match": {"ethernet-match":'
            	'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
				'"ipv4-source":"10.0.0.2/32","ipv4-destination": "10.0.0.1/32"},'
            	'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
            	'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
            	'"output-node-connector": "1"},"order": "0"}]}}]},'
            	'"priority": "101","cookie": "1","table_id": "0"}]}'
		s1_3To1='{"flow": [{"id": "1","match": {"ethernet-match":'
            	'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
				'"ipv4-source":"10.0.0.3/32","ipv4-destination": "10.0.0.1/32"},'
            	'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
            	'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
            	'"output-node-connector": "1"},"order": "0"}]}}]},'
            	'"priority": "101","cookie": "1","table_id": "0"}]}'
		#h1工作时s1端口2流量空闲时下发的流表
		h1_to_s1_2 ='{"flow": [{"id": "2","match": {"ethernet-match":'
               		'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
					'"ipv4-source":"10.0.0.1/32","ipv4-destination": "10.0.0.3/32"},'
            		'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
                	'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
                	'"output-node-connector": "2"},"order": "0"}]}}]},'
            		'"priority": "101","cookie": "2","table_id": "0"}]}'
		mh1_to_s1_2 ='{"flow": [{"id": "3","match": {"ethernet-match":'
               		'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
					'"ipv4-source":"10.0.0.1/32","ipv4-destination": "10.0.0.3/32"},'
            		'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
                	'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
                	'"output-node-connector": "2"},"order": "0"}]}}]},'
            		'"priority": "100","cookie": "3","table_id": "0"}]}'
		#h1工作时s1端口2流量满载时下发的流表	
		h1_to_s1_3 ='{"flow": [{"id": "2","match": {"ethernet-match":'
               		'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
					'"ipv4-source":"10.0.0.1/32","ipv4-destination": "10.0.0.3/32"},'
            		'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
                	'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
                	'"output-node-connector": "3"},"order": "0"}]}}]},'
            		'"priority": "101","cookie": "2","table_id": "0"}]}'
		mh1_to_s1_3 ='{"flow": [{"id": "3","match": {"ethernet-match":'
               		'{"ethernet-type": {"type": "2048"}},'
					'"ipv4-source":"10.0.0.1/32","ipv4-destination": "10.0.0.3/32"},'
            		'"instructions": {"instruction": [{"order": "0",'
                	'"apply-actions": {"action": [{"output-action": {'
                	'"output-node-connector": "3"},"order": "0"}]}}]},'
            		'"priority": "100","cookie": "3","table_id": "0"}]}'
		headers = {'Content-type': 'application/json'}
		num=0
		#下发流表，地址由ODL上获得
		#下发s1与s3的流表
		response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:1/flow-node-inventory:table/0/flow/0', body=s1_2To1, method='PUT',headers=headers)	
		response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:1/flow-node-inventory:table/0/flow/1', body=s1_3To1, method='PUT',headers=headers)
		response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:3/flow-node-inventory:table/0/flow/0', body=s3_1, method='PUT',headers=headers)
		response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:3/flow-node-inventory:table/0/flow/0', body=s3_2, method='PUT',headers=headers)

		#s2调用h2到1的流表			
		response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:2/flow-node-inventory:table/0/flow/0', body=h2_to_s2_1, method='PUT',headers=headers)
		while num < 4 :
			s1_uri = 'http://127.0.0.1:8181/restconf/operational/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:1/node-connector/openflow:1:2'
			s2_uri = 'http://127.0.0.1:8181/restconf/operational/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:2/node-connector/openflow:2:1'
			#获取s1端口2的流量
			response, content = http.request(uri=s1_uri, method='GET')
			content = json.loads(content)
			statistics = content['node-connector'][0]['opendaylight-port-statistics:flow-capable-node-connector-statistics']
			s1_bytes1 = statistics['bytes']['transmitted']
			#0.5秒后再次获取
			time.sleep(0.5)
			response, content = http.request(uri=s1_uri, method='GET')
			content = json.loads(content)
			statistics = content['node-connector'][0]['opendaylight-port-statistics:flow-capable-node-connector-statistics']
			s1_bytes2 = statistics['bytes']['transmitted']

			s1_speed=float(s1_bytes2-s1_bytes1)/0.5
			
			if s1_speed !=0 :#获取有效的速度
				print ('s1端口2速度：')
				print s1_speed
				#在检测到s1端口2流量空闲时发的流表
				if s1_speed < 1000 :
					print(' s1端口2空闲，h1数据包改为往s1端口2通过')
					response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:1/flow-node-inventory:table/0/flow/2', body=h1_to_s1_2, method='PUT',headers=headers)
					response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:1/flow-node-inventory:table/0/flow/3', body=mh1_to_s1_2, method='PUT',headers=headers)
				#在检测到s1端口2流量满载时发的流表
				else :
					print(' s1端口2满载，h1数据包改为往s1端口3通过')
					response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:1/flow-node-inventory:table/0/flow/2', body=h1_to_s1_3, method='PUT',headers=headers)
					response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:1/flow-node-inventory:table/0/flow/3', body=mh1_to_s1_3, method='PUT',headers=headers)

			#获取s2端口1的流量
			response, content = http.request(uri=s2_uri, method='GET')
			content = json.loads(content)
			statistics = content['node-connector'][0]['opendaylight-port-statistics:flow-capable-node-connector-statistics']
			s2_bytes1 = statistics['bytes']['transmitted']
			#0.5秒后再次获取
			time.sleep(0.5)
			response, content = http.request(uri=s2_uri, method='GET')
			content = json.loads(content)
			statistics = content['node-connector'][0]['opendaylight-port-statistics:flow-capable-node-connector-statistics']
			s2_bytes2 = statistics['bytes']['transmitted']
			
			s2_speed=float(s2_bytes2-s2_bytes1)/0.5
		
			if s2_speed !=0 :#获取有效的速度
				print ('s2端口1速度：')
				print s2_speed
				#在检测到s2端口1流量空闲时发的流表
				if s2_speed < 1000 :
					print(' s2端口1空闲，h3数据包改为往s2端口1通过')
					response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:2/flow-node-inventory:table/0/flow/1', body=h3_to_s2_1, method='PUT',headers=headers)
					response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:2/flow-node-inventory:table/0/flow/2', body=mh3_to_s2_2, method='PUT',headers=headers)
				#在检测到s2端口1流量满载时发的流表
				else :
					print(' s2端口1满载，h3数据包改为往s2端口2通过')
					response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:2/flow-node-inventory:table/0/flow/1', body=mh3_to_s2_1, method='PUT',headers=headers)
					response, content = http.request(uri='http://127.0.0.1:8181/restconf/config/opendaylight-inventory:nodes/node/openflow:2/flow-node-inventory:table/0/flow/2', body=h3_to_s2_2, method='PUT',headers=headers)
odl = OdlUtil('127.0.0.1', '8181')
odl.install_flow()

二.实验场景

服务器h2 h3上各自有不同的服务，h1是客户端。实现一个负载均衡的北向程序，当h2和h3向h1传输数据时，北向应用根据链路的使用状况动态的调整路由规则。
主要思路：过一定的时间后，下发新的流表，使得流量流向另一个交换机，从而实现负载均衡。类似于轮询法。

三.视频演示
1.打开ODL

2.查看拓扑

3.查看拥塞状况

4.调用负载均衡

5.负载均衡调用后的结果

三.小组分工

凉凉队
- 负责查找相关资料，参与场景的设计，并与队友完成代码的编写与修改。

四、课程总结

首先对这学期的学习进行一个回顾总结

1.从对SDN的认识方面：

(1)了解了SDN：

软件定义网络（Software Defined Network, SDN ），是Emulex网络一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能。

(2)SDN基本思想：

利用分层的思想,SDN将数据与控制相分离。在控制层,包括具有逻辑中心化和可编程的控制器，可掌握全局网络信息,方便运营商和科研人员管理配置网络和部署新协议等。在数据层，包括哑的交换机，交换机仅提供简单的数据转发功能,可以快速处理匹配的数据包，适应流量日益增长的需求.两层之间采用开放的统一接口进行交互。控制器通过标准接口向交换机下发统一标准规则，交换机仅需按照这些规则执行相应的动作即可。

(3)SDN优势：

SDN 技术能够有效降低设备负载，协助网络运营商更好地控制基础设施，降低整体运营成本。
SDN解放了手工操作，减少了配置错误，易于统一快速部署。

(4)了解了mininet

Mininet是由一些虚拟的终端节点（end-hosts）、交换机、路由器连接而成的一个网络仿真器，它采用轻量级的虚拟化技术使得系统可以和真实网络相媲美。
Mininet可以很方便地创建一个支持SDN的网络：host就像真实的电脑一样工作，可以使用ssh登录，启动应用程序，程序可以向以太网端口发送数据包，数据包会被交换机、路由器接收并处理。有了这个网络，就可以灵活地为网络添加新的功能并进行相关测试，然后轻松部署到真实的硬件环境中。

(5)了解了OpenFlow流表：

OpenFlow的每个流表项都由3部分组成：
- 用于数据包匹配的包头域（Header Fields）；
- 用于统计匹配数据包个数的计数器（Counters）；
- 用于展示匹配的数据包如何处理的动作（Actions）。
OpenFlow流表的优点：
- 多级流表将数据包的处理逻辑划分为多个子逻辑，并由多张流表分别来匹配和处理，从而使得数据包的处理变成了一条流水线。单流表是无法满足复杂的业务逻辑要求的。
- 多级流表的设计使得流表项聚合成为可能，节省了流表空间，可减少流表项个数，也提高了编程处理逻辑的灵活性。

(6)SDN控制器：

POX：完全使用Python语言编写，采用与NOX一直的事件处理机制和编程模式，增加了多线程支持，
Floodlight：是基于Java语言的开源SDN控制器，当前支持的南向协议为OpenFlow1.0协议。
OpenContrail：是由 Juniper 推出的基于 C++的 SDN 控制器，提供了用于网络虚拟化的基本组件。
Ryu：是基于 Python 语言的开源 SDN 控制器。提供的完备 API 有助于网络运营者高效便捷地开发 SDN 管理和控制应用。
onos：架构专注于电信运营商领域控制器关键需求：高可扩展性，高性能，高实时性,高可靠性。

(7)等价多路径（Equal-CostMultipathRouting）：

存在多条不同链路到达同一目的地址的网络环境中
当设备支持等价路由时，发往该目的 IP 或者目的网段的三层转发流量就可以通过不同的路径分担，实现网络的负载均衡，并在其中某些路径出现故障时，由其它路径代替完成转发处理，实现路由冗余备份功能。

(8)负载均衡(Load Balance)：

单个重负载的运算分担到多台节点设备上做并行处理，每个节点设备处理结束后，将结果汇总，返回给用户，系统处理能力得到大幅度提高，这就是常说的集群（clustering）技术。
大量的并发访问或数据流量分担到多台节点设备上分别处理，减少用户等待响应的时间，这主要针对Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器等网络应用。

2、实践操作方面：

安装mininet，用字符命令、可视化界面、Python脚本等生成拓扑，并测试连通性。
安装floodlight,生成拓扑并连接控制器floodlight，利用控制器floodlight查看图形拓扑,利用字符界面下发流表，来验证openflow的hardtime机制。
利用OVS命令下发流表和查看流表，实现VLAN功能。
Wireshark抓包验证。
利用ODL下发流表，借助Postman通过ODL的北向接口下发流表，再利用ODL北向接口查看已下发的流表。
利用ODL下发组表、流表，实现负载均衡，利用Wireshark验证负载均衡的实现。

3、个人感受：

总的来说，接触了新知识，学习了新东西，感受很多，收获很多。这门课的收获还是很大的。以前从没接触过网络编程，这次算是有了一个小小的入门。知道了SDN是什么，知道了SDN可以给我们带来很多的好处，可以有效地降低负载，同时对负载均衡也有了初步的了解。
对流表的使用ODL的控制以及抓包有了初步的掌握。当然了，经过这门课程的实践操作，我对命令行的操作比以往熟练了很多，以前只在操作系统这门课程有一点接触并不熟练。
接触了Python，又了解了一门新语言，我发现Python还是挺强大的。

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