软件定义网络入门学习笔记3-学习第一个ryu app-simple_switch

首先我们欣赏一下simple_switch_13.py，它在ryu/app下面

from ryu.base import app_manager
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import CONFIG_DISPATCHER, MAIN_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
from ryu.ofproto import ofproto_v1_3
from ryu.lib.packet import packet
from ryu.lib.packet import ethernet
from ryu.lib.packet import ether_typesclass SimpleSwitch13(app_manager.RyuApp):OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]def __init__(self, *args, **kwargs):super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)self.mac_to_port = {}@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)def switch_features_handler(self, ev):datapath = ev.msg.datapathofproto = datapath.ofprotoparser = datapath.ofproto_parser# install table-miss flow entry## We specify NO BUFFER to max_len of the output action due to# OVS bug. At this moment, if we specify a lesser number, e.g.,# 128, OVS will send Packet-In with invalid buffer_id and# truncated packet data. In that case, we cannot output packets# correctly.  The bug has been fixed in OVS v2.1.0.match = parser.OFPMatch()actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]self.add_flow(datapath, 0, match, actions)def add_flow(self, datapath, priority, match, actions, buffer_id=None):ofproto = datapath.ofprotoparser = datapath.ofproto_parserinst = [parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS,actions)]if buffer_id:mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, buffer_id=buffer_id,priority=priority, match=match,instructions=inst)else:mod = parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, priority=priority,match=match, instructions=inst)datapath.send_msg(mod)@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)def _packet_in_handler(self, ev):# If you hit this you might want to increase# the "miss_send_length" of your switchif ev.msg.msg_len < ev.msg.total_len:self.logger.debug("packet truncated: only %s of %s bytes",ev.msg.msg_len, ev.msg.total_len)msg = ev.msgdatapath = msg.datapathofproto = datapath.ofprotoparser = datapath.ofproto_parserin_port = msg.match['in_port']pkt = packet.Packet(msg.data)eth = pkt.get_protocols(ethernet.ethernet)[0]if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:# ignore lldp packetreturndst = eth.dstsrc = eth.srcdpid = datapath.idself.mac_to_port.setdefault(dpid, {})self.logger.info("packet in %s %s %s %s", dpid, src, dst, in_port)# learn a mac address to avoid FLOOD next time.self.mac_to_port[dpid][src] = in_portif dst in self.mac_to_port[dpid]:out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]else:out_port = ofproto.OFPP_FLOODactions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]# install a flow to avoid packet_in next timeif out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:match = parser.OFPMatch(in_port=in_port, eth_dst=dst, eth_src=src)# verify if we have a valid buffer_id, if yes avoid to send both# flow_mod & packet_outif msg.buffer_id != ofproto.OFP_NO_BUFFER:self.add_flow(datapath, 1, match, actions, msg.buffer_id)returnelse:self.add_flow(datapath, 1, match, actions)data = Noneif msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:data = msg.dataout = parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id,in_port=in_port, actions=actions, data=data)datapath.send_msg(out)

其实完全理解这个代码还是非常困难的，尤其对于我们这种入门级的学生。不过没有关系。在写自己的ryu app时，在网上都能找到很多借鉴，改动其中一些代码，便可推陈出新。

接着让我们看一下文件的名称，叫simple_switch_13.py，顾名思义，它实现的是一个简单交换机的功能。其中的"13"意思是适用于openflow1.3协议。
然后，注意到类继承关系，继承了ryu.base.app_manager这个类：

class SimpleSwitch13(app_manager.RyuApp):

接着，是

 OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]def __init__(self, *args, **kwargs):super(SimpleSwitch13, self).__init__(*args, **kwargs)self.mac_to_port = {}

其中设置的OFP_VERSIONS这个变量到底有什么用呢，有待考证。然后是初始化方法。其中self.mac_to_port是一个保存(交换机id, mac地址)到转发端口的字典。
然后是这样的一个方法：

 @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures, CONFIG_DISPATCHER)def switch_features_handler(self, ev):datapath = ev.msg.datapathofproto = datapath.ofprotoparser = datapath.ofproto_parsermatch = parser.OFPMatch()actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]self.add_flow(datapath, 0, match, actions)

首先注意装饰器。这里装饰器的用处是，当ofp_event.EventOFPSwitchFeatures这样的一个事件来临，且处于CONFIG_DISPATCHER这样一个阶段时，触发这个方法switch_features_handler(self, ev)，其中ev参数是ofp_event.EventOFPSwitchFeatures的这样一个事件类的对象。

在介绍EventOFPSwitchFeatures这样一个类之前，先介绍一下CONFIG_DISPATCHER这样一个阶段。

ryu控制器和交换机的连接有4个阶段，分别是
ryu.controller.handler.HANDSHAKE_DISPATCHER
ryu.controller.handler.CONFIG_DISPATCHER
ryu.controller.handler.MAIN_DISPATCHER
ryu.controller.handler.DEAD_DISPATCHER
其中，CONFIG_DISPATCHER代表的是协议版本确认后向交换机发送特性请求消息的阶段。
MAIN_DISPATCHER代表的是特性消息接受到后到断开连接前的阶段。
当启动控制器再启动交换机后，先经历握手阶段，再经历CONFIG_DISPATCHER这一个阶段。进入CONFIG_DISPATCHER这个阶段后，控制器自动发送特性请求消息。交换机接受到特性请求消息后会回复消息，就是EventOFPSwitchFeatures。当控制器接受到EventOFPSwitchFeatures这个对象且还未转换到MAIN_DISPATCHER这个状态时，就触发这个方法。
再来看看这个方法内容有哪些。
调用了self.add_flow()这样的一个方法。

 datapath = ev.msg.datapathofproto = datapath.ofprotoparser = datapath.ofproto_parsermatch = parser.OFPMatch()actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_CONTROLLER,ofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]self.add_flow(datapath, 0, match, actions)

这个方法在这里配置的参数有datapath, priority，match，actions
datapath存储交换机的基本信息，如id，端口信息。priority越高，优先级就越高。match这里构造的parser.OFPMatch()代表没有匹配任何东西。actions这里构造的意思是发送给控制器。意思是，当没有匹配任何其它流表时，发送请求给控制器。（因为它的优先级最低是0）

接下来是重点。

@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)def _packet_in_handler(self, ev):

这个类呢，代表交换机发送数据包给控制器引发的类，且一定是在MAIN_DISPATCHER这个阶段才触发。
下面这句，看注释都能明白，如果传输出错，直接丢弃。

 # If you hit this you might want to increase# the "miss_send_length" of your switchif ev.msg.msg_len < ev.msg.total_len:self.logger.debug("packet truncated: only %s of %s bytes",ev.msg.msg_len, ev.msg.total_len)

接下来，从事件类里取出一些变量：

     msg = ev.msgdatapath = msg.datapathofproto = datapath.ofprotoparser = datapath.ofproto_parserin_port = msg.match['in_port']pkt = packet.Packet(msg.data)eth = pkt.get_protocols(ethernet.ethernet)[0]if eth.ethertype == ether_types.ETH_TYPE_LLDP:# ignore lldp packetreturndst = eth.dstsrc = eth.srcdpid = datapath.idself.mac_to_port.setdefault(dpid, {})self.logger.info("packet in %s %s %s %s", dpid, src, dst, in_port)

其中，根据注释，如果接受到了lldp包，就直接丢弃。

关键来了，接下来是自学习的一句：

 # learn a mac address to avoid FLOOD next time.self.mac_to_port[dpid][src] = in_port

其中，dpid是交换机的id，src是数据包的源mac地址，in_port是交换机接受到包的端口。
自学习后，检验目的地址是否已经学习，如果已经学习到，则向交换机下发流表,并让交换机向相应端口转发包。如果没有，则无法下发流表，让交换机洪范地转发包。
注意，这里有个buffer_id的概念。buffer是交换机的一项功能。这里我们不去讨论有没有这项功能，我们写控制器只关心交换机用没有用这项功能。如果msg.buffer_id不为None，即交换机把数据包存储在缓冲区，那么控制器在下发parser.OFPPacketOut的命令时，只需指定buffer_id就行。如果没有把数据包存储在缓冲区，那么控制器在下发命令时，又要把数据包的信息传给交换机让它转发。
这里，当目的地址对于交换机来说已经学习到时，如果buffer_id不为None，那么只需控制器下发流表的命令即可；交换机增加了流表项后，位于缓冲区的数据包自动转发出去。如果没有buffer，那么控制器不光要更改交换机的流表项，还要下发命令让交换机把数据包转发出去。当然如果目的地址对于交换机还没有学习到的话，控制器就只下发命令让交换机洪范地转发数据包出去即可。

     if dst in self.mac_to_port[dpid]:out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]else:out_port = ofproto.OFPP_FLOODactions = [parser.OFPActionOutput(out_port)]# install a flow to avoid packet_in next timeif out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:match = parser.OFPMatch(in_port=in_port, eth_dst=dst, eth_src=src)# verify if we have a valid buffer_id, if yes avoid to send both# flow_mod & packet_outif msg.buffer_id != ofproto.OFP_NO_BUFFER:self.add_flow(datapath, 1, match, actions, msg.buffer_id)returnelse:self.add_flow(datapath, 1, match, actions)data = Noneif msg.buffer_id == ofproto.OFP_NO_BUFFER:data = msg.dataout = parser.OFPPacketOut(datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id,in_port=in_port, actions=actions, data=data)datapath.send_msg(out)

以上就是我对第一个ryu app-simple_switch.py的理解，是不是很简单呢？

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