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利用miniedit创建拓扑

1.2展示网络信息

1.3查看主机间的连通性

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（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。

（注意：需要先运行抓包工具然后选择any后再进行拓扑连接，否则捕获不到hello等消息）

2.1 hello消息

控制器与交换机建立连接时由其中某一方发起Hello消息，双方协调协议版本号。Hello消息只有openflow包头，没有主体部分。头部结构如下：

/* Header on all OpenFlow packets. */
struct ofp_header {
uint8_t version; /*版本*/
uint8_t type; /*消息类型*/
uint16_t length; /*消息总长度，包含头部*/
uint32_t xid; /*事件ID，同一件事件的ID号一致如feature_request和对应的feature_reply就使用同一个Transaction id，但是两个hello消息的Transaction id并不相同，不过据实验结果看两个id一般是两个相邻的数字。*/
};
OFP_ASSERT(sizeof(struct ofp_header) == 8);

抓包结果如下：

控制器6633端口最高支持1.0版本，交换机45646端口

交换机45646端口最高支持1.3版本，控制器6633端口

故而双方建立连接使用的是openflow 1.0

2.2 features消息

OpenFlow 连接建立之后，控制器就会向交换机发送一个ofpt_feature_request消息，该消息只有openflow包头。交换机会回复一条ofpt_feature_reply消息。知道了交换机的特性之后就要配置交换机了。OpenFlow 交换机只有两个属性需要控制器配置：

• 第一个属性为 flags，用来指示交换机如何才处理 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 消息包括的 OpenFlow Header 和 Features Reply Message对照Features Reply Message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*/
};

抓包结果如下：

features request:控制器向交换机发送请求交换机的特征信息

set config:控制器让交换机按自己设置的flag和 max bytes of packet进行配置

features reply：交换机向控制器发送自己的特征信息

同时，可通过抓取到的报文，逐项查看报文内容

OpenFlow 1.0
    .000 0001 = Version: 1.0 (0x01)
    Type: OFPT_FEATURES_REPLY (6)
    Length: 176
    Transaction ID: 1714876150
    Datapath unique ID: 0x0000000000000002
        MAC addr: 00:00:00_00:00:00 (00:00:00:00:00:00)
        Implementers part: 0x0002
    n_buffers: 256
    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: 8e:ec:3b:75:c0:48 (8e:ec:3b:75:c0:48)
        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: f2:63:f0:bb:a8:3b (f2:63:f0:bb:a8:3b)
        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: ee:8a:04:34:b5:29 (ee:8a:04:34:b5:29)
        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

2.3 packet_in消息

当交换机碰到新数据包不知道如何处理，或者action要求发送给控制器，那么交换机就会用packet_in消息发送给控制器。一般将数据包缓存在交换机中，将有效的数据包信息（默认的128字节，如果原因是 “send to controller” action，那么长度由action_out的max_len决定；如果是原因table miss，那么长度由set_config消息中的miss_send_len决定。）和缓存id发送给控制器，不过，如果交换机不支持缓存或者内存用光了，那么就把整个数据包放在数据部分发给控制器，并且缓存id为-1。
packet_in消息结构如下：

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*/
};

抓包结果如下：

分析抓取的数据包，可以发现是因为交换机发现此时自己并没有匹配的流表（Reason: No matching flow (table-miss flow entry) (0)），所以要问控制器如何处理

OpenFlow 1.0
    .000 0001 = Version: 1.0 (0x01)
    Type: OFPT_PACKET_IN (10)
    Length: 104
    Transaction ID: 0
    Buffer Id: 0x00000100
    Total length: 86
    In port: 1
    Reason: No matching flow (table-miss flow entry) (0)
    Pad: 00
    Ethernet II, Src: 32:7c:41:f3:c5:de (32:7c:41:f3:c5:de), Dst: IPv6mcast_ff:f3:c5:de (33:33:ff:f3:c5:de)
        Destination: IPv6mcast_ff:f3:c5:de (33:33:ff:f3:c5:de)
            Address: IPv6mcast_ff:f3:c5:de (33:33:ff:f3:c5:de)
            .... ..1. .... .... .... .... = LG bit: Locally administered address (this is NOT the factory default)
            .... ...1 .... .... .... .... = IG bit: Group address (multicast/broadcast)
        Source: 32:7c:41:f3:c5:de (32:7c:41:f3:c5:de)
            Address: 32:7c:41:f3:c5:de (32:7c:41:f3:c5:de)
            .... ..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::1:fff3:c5de
        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: 32
        Next Header: ICMPv6 (58)
        Hop Limit: 255
        Source: ::
        Destination: ff02::1:fff3:c5de
    Internet Control Message Protocol v6
        Type: Neighbor Solicitation (135)
        Code: 0
        Checksum: 0x429b [correct]
        [Checksum Status: Good]
        Reserved: 00000000
        Target Address: fe80::307c:41ff:fef3:c5de
        ICMPv6 Option (Nonce)
            Type: Nonce (14)
            Length: 1 (8 bytes)
            Nonce: f98e90cda306

2.4 packet_out/flow-mod消息

当控制器希望交换机发送某个数据包或指定一个数据包的处理方法时，就使用packet_out

packet_out消息结构如下：

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*/
}

抓包结果如下：

分析报文内容可知，控制器告诉交换机输出到65531端口

OpenFlow 1.0
    .000 0001 = Version: 1.0 (0x01)
    Type: OFPT_PACKET_OUT (13)
    Length: 24
    Transaction ID: 0
    Buffer Id: 0x00000100
    In port: 1
    Actions length: 8
    Actions type: Output to switch port (0)
    Action length: 8
    Output port: 65531
    Max length: 0

当控制器想要交换机指定一类数据包的处理方法时，就使用flow-mod

flow-mod消息结构如下：

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*/
};

让h1 ping h2，使用命令

h1 ping -c 3 h2

可抓包获得结果如下：
控制器通过6633端口向交换机45646端口，交换机45648端口下发流表项，指导数据的转发处理

PS.把控制器从openflow reference改成ovs controller

发现再控制器发出的hello报文支持的openflow版本从1.0变成1.3，从而与交换机协商后是以openflow1.3协议进行通信