基于ryu实现网络的流量监控--monitor

程序均为ryubook的案例，在此记录一下我对程序的理解和实验的执行步骤。如系统学习，可以下载ryubook进行学习，此外可以参考https://ryu.readthedocs.io/en/latest/getting_started.html，这是官方的网站，里面详细阐述了各种功能和开发步骤。

背景：

流量监控，即针对交换机加入流量监控的功能，包括监控错包，发送包的数量等一系列的操作。因为，网络已经成为许多服务或业务的基础建设，所以维护一个稳定的网络环境是必要的。但是网络问题总是不断地发生。网络发生异常的时候，必须快速的找到原因，并且尽速恢复原状。因此，为了网络的安全以及业务的正常运作，持续注意网络的健康状况是最基本的工作。

原理：

对于流量监控，首先，需要实现二层交换机的基本功能。然后，需要对交换机的状态进行监控，即交换机的上线和下线情况；需要对交换机进行数据请求，包括请求端口信息和流表信息，由于流量监控是持续性的对网络设备进行监控，所有需要开启一个线程持续对交换机发送请求信息；向交换机发送请求信息后，交换机就会回送请求报文，也就是会向控制器发送端口和流表的信息，此时就需要对数据进行解析并显示出来。这样就实现了流量监控的基本功能，工作流程如下图。

代码编写：

首先，编写类SimpleMonitor()，进行初始化，定义一个datapaths字典。

class SimpleMonitor( simple_switch_13 . SimpleSwitch13 ):def __init__(self, *args, **kwargs):super(SimpleMonitor , self).__init__(*args, **kwargs)self.datapaths = {}

然后编写监听交换机状态的方法，判断交换机是否在线，然后再将交换机写入字典当中。

@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPStateChange,[MAIN_DISPATCHER, DEAD_DISPATCHER])
#对事件进行监听，MAIN_DISPATCHER, DEAD_DISPATCHER主要用于判断交换机状态def _state_change_handler(self, ev):datapath = ev.datapathif ev.state == MAIN_DISPATCHER: if datapath.id not in self.datapaths:self.logger.debug('register datapath: %016x', datapath.id)self.datapaths[datapath.id] = datapathelif ev.state == DEAD_DISPATCHER:if datapath.id in self.datapaths:self.logger.debug('unregister datapath: %016x', datapath.id)del self.datapaths[datapath.id]

然后编写请求方法，实现控制器对交换机进行请求，包括请求流表和端口的信息。对于这个方法的编写，先对信息进行解析，即对版本信息和parser进行解析，然后调用ofproto_v1_3_parser里面的OFPFlowStatsRequest()和OFPPortStatsRequest()对流表和端口进行下发请求操作。

    def _request_stats(self, datapath):self.logger.debug('send stats request: %016x', datapath.id)ofproto = datapath.ofprotoparser = datapath.ofproto_parserreq = parser.OFPFlowStatsRequest(datapath)datapath.send_msg(req)req = parser.OFPPortStatsRequest(datapath, 0, ofproto.OFPP_ANY)datapath.send_msg(req)

再编写方法，周期性的向交换机发送信息。

    def _monitor(self):while True:for dp in self.datapaths.values():self._request_stats(dp)hub.sleep(10)  #每隔10秒发送一次请求数据

最后，是对收到的端口信息和流表信息进行解析并显示在终端设备中，解析数据的数据格式在ofproto_v1_3_parser中写的有（因为用的是1.3版本的）。例如下面这一段就是ofproto_v1_3_parser中给出的例子。

Example::@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPortStatsReply, MAIN_DISPATCHER)def port_stats_reply_handler(self, ev):ports = []for stat in ev.msg.body:ports.append('port_no=%d ''rx_packets=%d tx_packets=%d ''rx_bytes=%d tx_bytes=%d ''rx_dropped=%d tx_dropped=%d ''rx_errors=%d tx_errors=%d ''rx_frame_err=%d rx_over_err=%d rx_crc_err=%d ''collisions=%d duration_sec=%d duration_nsec=%d' %(stat.port_no,stat.rx_packets, stat.tx_packets,stat.rx_bytes, stat.tx_bytes,stat.rx_dropped, stat.tx_dropped,stat.rx_errors, stat.tx_errors,stat.rx_frame_err, stat.rx_over_err,stat.rx_crc_err, stat.collisions,stat.duration_sec, stat.duration_nsec))self.logger.debug('PortStats: %s', ports)"""

代码如下

@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPFlowStatsReply, MAIN_DISPATCHER)def _flow_stats_reply_handler(self, ev):body = ev.msg.bodyself.logger.info('datapath         ''in-port  eth-dst           ''out-port packets  bytes')self.logger.info('---------------- ''-------- ----------------- ''-------- -------- --------')for stat in sorted([flow for flow in body if flow.priority == 1],key=lambda flow: (flow.match['in_port'],flow.match['eth_dst'])):self.logger.info('%016x %8x %17s %8x %8d %8d',ev.msg.datapath.id,stat.match['in_port'], stat.match['eth_dst'],stat.instructions[0].actions[0].port,stat.packet_count, stat.byte_count)@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPortStatsReply, MAIN_DISPATCHER)def _port_stats_reply_handler(self, ev):body = ev.msg.bodyself.logger.info('datapath         port     ''rx-pkts  rx-bytes rx-error ''tx-pkts  tx-bytes tx-error')self.logger.info('---------------- -------- ''-------- -------- -------- ''-------- -------- --------')for stat in sorted(body, key=attrgetter('port_no')):self.logger.info('%016x %8x %8d %8d %8d %8d %8d %8d',ev.msg.datapath.id, stat.port_no,stat.rx_packets, stat.rx_bytes, stat.rx_errors,stat.tx_packets, stat.tx_bytes, stat.tx_errors)

至此，程序编写完成，就可以在终端中运行了。

实验步骤：

首先，打开控制器所在的终端，输入命令ryu-manager --verbose simple_monitor_13.py 执行流量监控程序，如下图

然后，在mininet中模拟一个简单的拓扑，如图所示。

运行拓扑后，用h1 ping h2，接下来观察控制器终端中显示的内容。

以下是详细代码

from operator import attrgetterfrom ryu.app import simple_switch_13
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER, DEAD_DISPATCHER
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.lib import hubclass MyMonitor(simple_switch_13.SimpleSwitch13):def __init__(self, *args, **kwargs):super(MyMonitor, self).__init__(*args, **kwargs)self.datapaths = {}self.monitor_thread = hub.spawn(self._monitor_send_datapath)@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPStateChange,[MAIN_DISPATCHER, DEAD_DISPATCHER])def _state_change_handler(self, ev):"""方法用于对交换机的状态进行监听，比如上线或者下线例如：ryu.controller.handler.HANDSHAKE_DISPATCHER     交换 HELLO 讯息ryu.controller.handler.CONFIG_DISPATCHER       接收SwitchFeatures讯息ryu.controller.handler.MAIN_DISPATCHER    一般状态ryu.controller.handler.DEAD_DISPATCHER    联机中断"""datapath = ev.datapathif ev.state == MAIN_DISPATCHER:if datapath.id not in self.datapaths:self.datapaths[datapath.id] = datapathelif ev.state == DEAD_DISPATCHER:if datapath.id in self.datapaths:del self.datapaths[datapath.id]def _monitor_send_datapath(self):"""周期性的换机发送请求数据通过调用_request_status方法"""while True:for dp in self.datapaths.values():self._request_status(dp)hub.sleep(10)def _request_status(self, datapath):"""方法用于控制器向交换机发送状态请求信息，比如说端口状态信息请求、流表状态信息请求等datapath是传递的交换机参数，用于明确向哪一个交换机发送请求信息""""""对于方法的实现在ofproto_v1_3_parser中有例子进行解释Example::def send_port_stats_request(self, datapath):ofp = datapath.ofprotoofp_parser = datapath.ofproto_parserreq = ofp_parser.OFPPortStatsRequest(datapath, 0, ofp.OFPP_ANY)datapath.send_msg(req)"""ofproto = datapath.ofprotoparser = datapath.ofproto_parserreq = parser.OFPFlowStatsRequest(datapath)datapath.send_msg(req)req = parser.OFPPortStatsRequest(datapath, 0, ofproto.OFPP_ANY)datapath.send_msg(req)@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPFlowStatsReply, MAIN_DISPATCHER)def _flow_status_reply_handler(self, ev):"""方法用来解析交换机返回的流表的数据，并将其在终端中打印出来"""body = ev.msg.bodyself.logger.info('datapath         ''in-port  eth-dst           ''out-port packets  bytes')self.logger.info('---------------- ''-------- ----------------- ''-------- -------- --------')for stat in sorted([flow for flow in body if flow.priority == 1],key=lambda flow: (flow.match['in_port'],flow.match['eth_dst'])):self.logger.info('%016x %8x %17s %8x %8d %8d',ev.msg.datapath.id,stat.match['in_port'], stat.match['eth_dst'],stat.instructions[0].actions[0].port,stat.packet_count, stat.byte_count)@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPortStatsReply, MAIN_DISPATCHER)def _port_status_reply_handler(self, ev):"""方法用来解析交换机返回的流表的数据，并将其在终端中打印出来"""body = ev.msg.bodyself.logger.info('datapath         port     ''rx-pkts  rx-bytes rx-error ''tx-pkts  tx-bytes tx-error')self.logger.info('---------------- -------- ''-------- -------- -------- ''-------- -------- --------')for stat in sorted(body, key=attrgetter('port_no')):self.logger.info('%016x %8x %8d %8d %8d %8d %8d %8d',ev.msg.datapath.id, stat.port_no,stat.rx_packets, stat.rx_bytes, stat.rx_errors,stat.tx_packets, stat.tx_bytes, stat.tx_errors)

github地址：https://github.com/Yang-Jianlin/ryu/blob/master/ryu/app/monitor_yjl.py

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