ryu--北向接口(流表的操作以及多控制器流表信息互通)

实验目标：

（1）实现网络拓扑的各个主机之间的相互通信

（2）实现各个自治域的控制器的流表获取(各个控制器的流表信息互通)

（3）实现应用层对控制器的控制，进而实现对整个网络的控制

大致的实现效果如下：

实验原理：

利用mininet进行拓扑的模拟，构建多个控制器组成的网络。由于SDN网络留有北向接口，所以利用北向接口就可以对网络的流表等信息进行获取，在ryu中，ofctl_rest.py即是restapi的实现。本次实验，通过在docker中运行ryu控制器，同时运行ofctl_rest.py和simple_switch_13.py，然后利用python程序的get()、post()等方法对控制器的流表信息进行获取和添加，这样就实现了对流表信息的操作，同时也可以实现多个控制器流表信息的互通(公用一块公共的存储空间，如数据库)，但是本次只演示基本的获取和流表的基本添加删除等操作。

实验拓扑构建：

工具：mininet进行拓扑搭建，Docker作为控制器

mininet构建实验拓扑，模拟自治域AS1和AS2，r4和r5作为自治域的边界路由器，实现域间路由。每个自治域由一台控制器控制(远端控制器最终运行在Docker上)，若干台主机组成。最终通过配置路由表，实现域间的通信，实现整个网络架构各个主机之间的通信即为拓扑搭建完成。如图所示。

主机、交换机、控制器设置如下图所示。

各项设置完成无误后，运行网络拓扑。

路由表和Docker ryu配置：

（1）Docker ryu配置

关于Docker镜像ymumu/ryu:0.1：

可以参考文章（Docker命令、基于Docker的SDN实验环境部署（1）_北风-CSDN博客）

使用如下命令进行镜像ymumu/ryu的安装：

docker pull ymumu/ryu:0.1

新建两个Docker并且进行空间挂载，分别运行两个自治域的控制器，命令如下。

root@ymumu-VirtualBox:/home/ymumu# docker images
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED       SIZE
ymumu/ryu    0.1       edb38c9e5a5c   3 weeks ago   719MB
root@ymumu-VirtualBox:/home/ymumu# docker run -it --name as1-ryu1 -v /home/ymumu/ryu/ryu/app:/home/ryu/ryu/app ymumu/ryu:0.1 /bin/bashroot@ymumu-VirtualBox:/home/ymumu# docker run -it --name as2-ryu1 -v /home/ymumu/ryu/ryu/app:/home/ryu/ryu/app ymumu/ryu:0.1 /bin/bash

以simple_switch_13为例，接下来，在各个Docker中开启ryu，命令步骤如下所示。其中，ofctl_rest.py是开启控制器的北向接口，simple_switch_13.py作为自学习交换机。

以上完成后，各个自治域内部的各个主机之间就可以通过自学习交换机进行通信，而不可以进行跨域通信，接下来就需要设置路由器和路由表。

（2）路由表配置

首先，设置两个路由器各个端口ip，命令如下。

mininet> r4 ip addr add 10.0.1.101/24 dev r4-eth0
mininet> r4 ip addr add 10.0.1.102/24 dev r4-eth1
mininet> r4 ip addr add 10.0.3.1/24 dev r4-eth2
mininet> r5 ip addr add 10.0.2.101/24 dev r5-eth0
mininet> r5 ip addr add 10.0.3.2/24 dev r5-eth1

接下来，设置路由器的路由表，命令如下。

# 添加路由表
mininet> r4 ip route add 10.0.2.0/24 via 10.0.3.2 dev r4-eth2
mininet> r5 ip route add 10.0.1.0/24 via 10.0.3.1 dev r5-eth1
# 查看路由器中的路由表
mininet> r4 ip r
10.0.1.0/24 dev r4-eth0 proto kernel scope link src 10.0.1.101
10.0.1.0/24 dev r4-eth1 proto kernel scope link src 10.0.1.102
10.0.2.0/24 via 10.0.3.2 dev r4-eth2
10.0.3.0/24 dev r4-eth2 proto kernel scope link src 10.0.3.1
mininet> r5 ip r
10.0.1.0/24 via 10.0.3.1 dev r5-eth1
10.0.2.0/24 dev r5-eth0 proto kernel scope link src 10.0.2.101
10.0.3.0/24 dev r5-eth1 proto kernel scope link src 10.0.3.2

然后，向各个主机添加路由表，为了简单起见，直接在各个主机中添加默认路由表，命令如下。

# 向as1-h1添加默认路由表
ip route add default via 10.0.1.101 dev as1-h1-eth0
# 向as1-h2添加默认路由表
ip route add default via 10.0.1.101 dev as1-h2-eth0
# 向as1-h3添加默认路由表
ip route add default via 10.0.1.102 dev as1-h3-eth0
# 向as2-h1添加默认路由表
ip route add default via 10.0.2.101 dev as2-h1-eth0
# 向as2-h2添加默认路由表
ip route add default via 10.0.2.101 dev as2-h2-eth0

以上所有路由表设置完成，网络中各个主机之间就可以相互通信了。

应用层编码

（1）原理

ryu控制器留有北向接口，即ofctl_rest.py，其通过restapi向应用层提供接口，应用层可以通过接口获取流表等信息并对流表进行操作。关于ryu的应用层接口的api使用，可以参考ryu docs：ryu.app.ofctl_rest — Ryu 4.34 documentation

通过文档可以知道，使用get()方法可以进行流表等信息的获取，使用post()方法可以实现流表等的下发操作，使用delete()方法可以实现流表等信息的删除。因此，使用pytho的get()等方法进行应用层程序的编写。

（2）获取流表

根据ryu docs中获取流表的方法为get()，url=http://ip:port/stats/flow/dpid，所以首先需要获取转发层面的控制器的dpid，获取dpid的url=http://ip:port/stats/switches，所以利用get()方法获取dpid，再根据dpid获取所有的流表，最后将流表显示出来。

    # 通过get()获取交换机的dpid，并将其转化为16进制存入列表def get_switch_id(self):url = 'http://' + self.ip + ':' + self.port + '/stats/switches're_switch_id = requests.get(url=url).json()switch_id_hex = []for i in re_switch_id:switch_id_hex.append(hex(i))return switch_id_hex# 通过get()和获取的dpid得到每一个交换机的流表项def get_flow_table(self):url = 'http://' + self.ip + ':' + self.port + '/stats/flow/%d'list_switch = self.get_switch_id()all_flow = []for switch in list_switch:new_url = format(url % int(switch, 16))re_switch_flow = requests.get(url=new_url).json()all_flow.append(re_switch_flow)return all_flow

（3）下发流表操作（添加、删除、清空）

下发流表操作的方法使用post()，对于流表的添加，在ryu docs中使用的api的url=http://ip:port/stats/flowentry/add。然后，发送的信息包括，dpid，cookie，in_port在内的各项流表项信息。添加流表项的程序如下。

    # 向控制器发送添加流表项的请求def post_add_flow(self, dpid=None, cookie=0, priority=0, in_port=1, type='OUTPUT', port='CONTROLLER'):url = 'http://' + self.ip + ':' + self.port + '/stats/flowentry/add'if in_port == 'None':# 添加的默认流表项数据信息data = {"dpid": dpid,"cookie": cookie,"cookie_mask": 0,"table_id": 0,"priority": priority,"flags": 0,"actions": [{"type": type,"port": port}]}else:in_port = int(in_port)data = {"dpid": dpid,"cookie": cookie,"cookie_mask": 0,"table_id": 0,"priority": priority,"flags": 0,"match": {"in_port": in_port},"actions": [{"type": type,"port": port}]}# 如果正确添加，则返回200OKresponse = requests.post(url=url, json=data)if response.status_code == 200:print('Successfully Add!')else:print('Fail!')

删除流表项，即通过发送匹配信息，删除和指令匹配的流表项，在ryu docs中的url=http://ip:port/stats/flowentry/delete_strict，然后，发送的信息包括，dpid，cookie，in_port在内的各项流表项匹配信息。删除流表项的程序如下。

    def post_del_flow(self, dpid=None, cookie=0, priority=0, in_port=1, type='OUTPUT', port='CONTROLLER'):url = url = 'http://' + self.ip + ':' + self.port + '/stats/flowentry/delete_strict'data = {"dpid": dpid,"cookie": cookie,"cookie_mask": 1,"table_id": 0,"priority": priority,"flags": 1,"match": {"in_port": in_port,},"actions": [{"type": type,"port": port}]}response = requests.post(url=url, json=data)if response.status_code == 200:print('Successfully Delete!')else:print('Fail!')

对于清空流表项，在ryu docs中给出的例子，只需要用delete()方法向控制器请求特定url即可清空指定的交换机的流表项。程序如下。

    def post_clear_flow(self, dpid=None):url = 'http://' + self.ip + ':' + self.port + '/stats/flowentry/clear/' + str(dpid)response = requests.delete(url=url)if response.status_code == 200:print('Successfully Clear!')else:print('Fail!')

接下来，就是主函数的编写，调用各个方法实现目标，这里不再叙述，文末有完整源码链接。

实验效果：

实验演示和操作如视频所示。

ryu_operation_哔哩哔哩_bilibili

github源码地址：https://github.com/Yang-Jianlin/ryu/tree/master/ryu/app/ryu_restapi_operation

以上就是全部内容，如有疑问请私信或留言，谢谢。