1.Ryu+Mininet应用案例一

1.1Hub+Learning

1.2结果显示

2.Ryu+Mininet应用案例二

2.1Learning Switch/自学习交换机

2.2案例实现

2.3结果显示

3.Ryu+Mininet应用案例三

3.1流量监控

3.1.1流量监控原理

3.2案例实现

3.3结果显示

1.Ryu+Mininet应用案例一

1.1Hub+Learning

通过控制器来实现集线器算法（泛洪），然后指导数据平面实现集线器操作。

在Ryu控制器源码的ryu/app目录下创建hub.py文件。代码如下：

#集线器的应用
class Hub(app_manager.RyuApp):""" 集线器一个端口输入，其余端口输出 """OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]   #说明OpenFlow协议版本为1.3def __init__(self,*args,**kwargs):super(Hub, self).__init__(*args,**kwargs)@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures,CONFIG_DISPATCHER)       # 注册：在配置状态下(CONFIG_DISPATCHER)监听事件(EventOFPSwitchFeatures)def switch_features_handler(self,event):      #处理交换机的连接,也就是处理上面所监听到的事件#当接收到Switch Features(Features Reply)消息时（在交换机与控制器握手时接收），Table-miss流表项被添加。#当交换机握手（handshake）完成后，Table-miss流表项被添加到流表中，准备接收Packet-In消息#解析datapath=event.msg.datapath    #datapath在OpenFlow协议中定义，等同于数据平面的通道或Bridge网桥ofproto=datapath.ofprotoofp_parser=datapath.ofproto_parser#install the table-miss flow entry 安装table-miss流表项match =ofp_parser.OFPMatch()   #指明Match域actions=[ofp_parser.OFPActionOutput(          #指明动作集ofproto.OFPP_CONTROLLER,  #说明发送端口为CONTROLLERofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]  #数据包在Buffer中存入的Buffer_id,此处不存放Buffer_idself.add_flow(datapath,0,match,actions)def add_flow(self,datapath,priority,match,actions):   #添加流表#add a flow entry,and install it into datapathofproto=datapath.ofprotoofp_parser=datapath.ofproto_parser#construct a flow_mod msg and sent it     (通过Flow-mod消息增删交换机的流表项)inst=[ofp_parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS, actions)]  #添加指令 #指令的动作是：当执行当此指令集时，就执行其动作Actions  #执行的对象flow_mod=ofp_parser.OFPFlowMod(datapath=datapath,priority=priority,match=match,instructions=inst)datapath.send_msg(flow_mod)        #发送信息  使用Ryu，当接收到OpenFlow消息时，将生成与该消息对应的事件@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn,MAIN_DISPATCHER)                 #注册：在主状态下(MAIN_DISPATCHER)监听事件(EventOFPPacketIn)def packet_in_handler(self,event):msg=event.msgdatapath=msg.datapathofproto=datapath.ofprotoofp_parser=datapath.ofproto_parserin_port=msg.match['in_port']#sent packetIn#首先construct a flow entrymatch=ofp_parser.OFPMatch()actions=[ofp_parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_FLOOD)]  #对匹配到流表项的数据包，发送到OutPort的Flood端口#install flow_mod to avoid PacketIn next timeself.add_flow(datapath,1,match,actions)out=ofp_parser.OFPPacketOut(datapath=datapath,buffer_id=msg.buffer_id,in_port=in_port,actions=actions)datapath.send_msg(out)

注：ryu控制器基础内容说明：

①使用Ryu，当接收到OpenFlow消息时，将生成与该消息对应的事件。

②事件处理（Event handler）程序定义了一个函数，该函数的参数为事件对象，并使用ryu.controller.handler.set_ev_cls 装饰器来装饰。

③事件（Event）的类名是： ryu.controller.ofp_event.EventOFP + <OpenFlow message name> 例如Packet-in消息，其事件的类名：EventOFPPacketIn。

④事件状态（Event State）:

ryu.controller.handler.HANDSHAKE_DISPATCHER ：交换HELLO消息

ryu.controller.handler.CONFIG_DISPATCHER ：等待接收SwitchFeatures消息

ryu.controller.handler.MAIN_DISPATCHER ：正常状态

ryu.controller.handler.DEAD_DISPATCHER ：断开连接

1.2结果显示

在终端（Terminal）启动Ryu，输入命令ryu-manager hub.py --verbose，会出现如下结果：

可以看到，ofp_event事件提供EventOFPPacketIn和EventOFPSwitchFeatures，而Hub消费到EventOFPPacketIn和EventOFPSwitchFeatures，表示集线器（Hub）功能实现。

启动Mininet，输入命令sudo mn --controller=remote,ip=xx.xx.xx.xx,port=6633，连接控制器，应用系统自带拓扑结构。

进入Mininet后，输入pingall，Ryu控制器终端会有如下结果显示：

2.Ryu+Mininet应用案例二

2.1Learning Switch/自学习交换机

注：本实例来自Ryubook

通过控制器来实现自学习交换算法，然后指导数据平面实现交换机操作。

自学习交换机原理（4歩）：

①初始状态

初始状态下流表为空，主机A（host A）连接端口1（port 1），主机B连接端口4，主机C连接端口3。

②Host A ->Host B

当数据包（Packets）要从主机A发送给主机B时，一条Packet-In消息被发送（由交换机发送）并且主机A的MAC地址被端口1获取到，因为主机B的端口还没有发现主机B的MAC地址，控制器也不知道主机B的地址，所以数据包（Packets）被洪泛（控制器下发的Packet-out:action），则主机B和主机C都会收到数据包。

Packet-In消息内容：

in-port:1

eth-dst:Host B

eth-src:Host A

Packet-out消息内容：

action:OUTPUT:Flooding

注：当控制器需要发送分组到数据平面，这时可以通过Packet-out消息封装好数据分组传给OpenFlow，并在该消息中指定特定的动作表指导交换机处理这个数据分组，而不再进行流表的匹配（除非动作表中包含转发到Table的动作）。

③Host B -> Host A

当主机B收到数据包后会返回（reply）消息，此时交换机会给控制器发送Packet-In，控制器会下发packet-out，此时一条流表项（Entry）下发被添加到流表中，数据包（Packets）从主机B返回到主机A。由于主机C并不是目的主机，所以之前主机C收到的数据包后不会返回到主机A（不会发送Reply）会丢弃掉，流表中也不会添加别的流表项。

Packet-In:

in-port:1

eth-dst:Host A

eth-src:Host B

Packet-Out:

action:OUTPUT:Port 1

④Host A ->Host B

当数据包再次从主机A发送到主机B时，交换机上发一条Packet-in消息给控制器，此时控制器知道怎么到达主机B，所以控制器发送Packet-out消息，此时一条流表项被添加到流表中，交换机收到Packet-out后就会将数据包（Packets）发送到数据B。

Packet-In:

in-port:1

eth-dst:Host B

eth-src:Host A

Packet-Out:

action:OUTPUT:Port 4

2.2案例实现

在Ryu控制器源码的ryu/app目录下创建example_switch.py文件，代码如下。

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"""
Base组件只包含模块管理器（app_manager）单个组件，它是Ryu应用组件的管理中枢，
具有加载Ryu应用组件、为组件提供上下文（Context)及传递组件消息的作用
"""
class ExampleSwitch(app_manager.RyuApp):"""app_manager中定义的RyuApp类是Ryu应用组件的基础类，Ryu应用组件需要定义继承该类的子类。"""OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]def __init__(self, *args, **kwargs):super(ExampleSwitch, self).__init__(*args, **kwargs)# initialize mac address table.self.mac_to_port = {}          #mac地址到port的对应关系@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPSwitchFeatures,CONFIG_DISPATCHER)  # 注册：在配置状态下(CONFIG_DISPATCHER)监听事件(EventOFPSwitchFeatures)def switch_features_handler(self, event):  # 处理交换机的连接,也就是处理上面所监听到的事件# 解析datapath = event.msg.datapath  # datapath在OpenFlow协议中定义，等同于数据平面的通道或Bridge网桥ofproto = datapath.ofprotoofp_parser = datapath.ofproto_parser# install the table-miss flow entry 安装table-miss流表项match = ofp_parser.OFPMatch()  # 指明Match域actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(  # 指明动作集ofproto.OFPP_CONTROLLER,  # 说明发送端口为CONTROLLERofproto.OFPCML_NO_BUFFER)]  # 数据包在Buffer中存入的Buffer_id,此处不存放Buffer_idself.add_flow(datapath, 0, match, actions)def add_flow(self, datapath, priority, match, actions):  # 添加流表# add a flow entry,and install it into datapathofproto = datapath.ofprotoofp_parser = datapath.ofproto_parser# construct a flow_mod msg and sent it     (通过Flow-mod消息增删交换机的流表项)inst = [ofp_parser.OFPInstructionActions(ofproto.OFPIT_APPLY_ACTIONS,actions)]  # 添加指令 #指令的动作是：当执行当此指令集时，就执行其动作Actions  #执行的对象flow_mod = ofp_parser.OFPFlowMod(datapath=datapath, priority=priority, match=match, instructions=inst)datapath.send_msg(flow_mod)  # 发送信息@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)  # 注册：在主状态下(MAIN_DISPATCHER)监听事件(EventOFPPacketIn)def packet_in_handler(self, event):msg = event.msgdatapath = msg.datapathofproto = datapath.ofprotoofp_parser = datapath.ofproto_parser#逻辑：实现自学习算法#1.获取datapath id 来定位或识别OpenFlow交换机dpid=datapath.idself.mac_to_port.setdefault(dpid,{})#2.保存从OpenFlow交换机获取到的信息#3.解析收到的packets信息 analyse the received packets using the packet librarypkt=packet.Packet(msg.data)eth_pkt=pkt.get_protocol(ethernet.ethernet)   #以太网数据包dst=eth_pkt.dst      #目的mac地址src=eth_pkt.src      #源mac地址in_port=msg.match['in_port']       #从packet-in消息中收到端口号self.logger.info("--- packet in %s %s %s %s",dpid,src,dst,in_port)#4.学会源mac地址到port端口的映射信息,从而避免下一次出现FLOOD操作self.mac_to_port[dpid][src]=in_port#5.如果目的mac地址已经学到，就下发流表项指定端口发送数据包（packets）；若果目的mac地址没有学到，则下发流表项的action为flooding(泛洪)if dst in self.mac_to_port[dpid]:out_port=self.mac_to_port[dpid][dst]else:out_port=ofproto.OFPP_FLOOD#6.构造一个 actionsactions=[ofp_parser. OFPActionOutput(out_port)]#7.安装一个flow消息     install a flow to avoid packet_in next timeif out_port !=ofproto.OFPP_FLOOD:match=ofp_parser.OFPMatch(in_port=in_port,eth_dst=dst)self.add_flow(datapath,1,match,actions)    #下发流表#8.构造packet_out消息并且发送packet-outpacketOut=ofp_parser.OFPPacketOut(datapath=datapath,buffer_id=msg.buffer_id,in_port=in_port,actions=actions,data=msg.data)datapath.send_msg(packetOut)

2.3结果显示

在终端（Terminal）启动Ryu，输入命令ryu-manager example_switch.py --verbose，会出现如下结果：

当开启Mininet后（控制平面与数据平面连接上后），有如下结果：

在Mininet中使用pingall/h1 ping h2（使用Mininet默认拓扑2个主机）命令后，有如下结果：

从结果中可以看出，主机1向主机2发出数据包（packets），首先主机1发出数据包后，交换机发送packet-in消息给控制器，由于控制器不知道主机B的地址，所以下发packet-out消息，action为OFPP_FLOOD,从上图可以看出第一次的目的mac地址为ff:ff:ff:ff:ff:ff（ARP请求）；然后主机B收到后会向主机A发送packetReply消息，此时控制器就知道主机B的地址，然后下发流表项；最后当主机A再次向主机B发送数据包时，此时控制器就可以找到主机B，直接发送数据包。

3.Ryu+Mininet应用案例三

3.1流量监控

3.1.1流量监控原理：

1）控制器向交换机周期下发获取统计消息，请求交换机信息

①端口流量统计信息

②请求流表项统计信息

2）根据交换机统计信息计算流量信息

①流速公式：speed=(s(t1)-s(t0))/(t1-t0)

②端口/链路剩余带宽公式：free_bw=capability-speed

3.2案例实现

在Ryu控制器源码的ryu/app目录下创建 MyMonitor13.py文件，代码如下。

# 编码时间: 2021/3/3 17:25
# @File : my_monitor_13.py
# @software : PyCharm
from operator import attrgetterfrom ryu.app import simple_switch_13
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER, DEAD_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
from ryu.lib import hubclass MyMonitor13(simple_switch_13.SimpleSwitch13):def __init__(self, *args, **kwargs):          #初始化函数super(MyMonitor13, self).__init__(*args, **kwargs)self.datapaths = {}          #初始化成员变量，用来存储数据self.monitor_thread = hub.spawn(self._monitor)    #用协程方法执行_monitor方法，这样其他方法可以被其他协程执行。 hub.spawn()创建协程"""Controller组件主要由OpenFlowController和Datapath两类构成，其中，OpenFlowController负责监听与Ryu连接的OpenFlow网络中的事件，一旦有事件发生，会创建一个Datapath对象负责接收来自该事件的连接和数据，并将这些事件的数据分组进行解析，封装成Ryu的事件对象，然后派发。"""#get datapath info 获取datapath信息#EventOFPStateChange事件用于检测连接和断开。@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPStateChange,[MAIN_DISPATCHER,DEAD_DISPATCHER])#通过ryu.controller.handler.set_ev_cls装饰器（decorator）进行注册，在运行时，ryu控制器就能知道MyMonitor13这个模块的函数_state_change_handler监听了一个事件def _state_change_handler(self,event):  #交换机状态发生变化后，让控制器数据于交换机一致datapath=event.datapathif event.state == MAIN_DISPATCHER:            # 在MAIN_DISPATCHER状态下，交换机处于上线状态if datapath.id not in self.datapaths:self.logger.debug('register datapath: %016x',datapath.id)self.datapaths[datapath.id]=datapath   #datapath用字典来保存，key为id,value为datapathelif event.state == DEAD_DISPATCHER:          #在DEAD_DISPATCHER状态下if datapath.id in self.datapaths:self.logger.debug('unregister datapath：%016x',datapath.id)del self.datapaths[datapath.id]#send request msg periodicallydef _monitor(self):while True:              #对已注册交换机发出统计信息获取请求每10秒无限地重复一次for dp in self.datapaths.values():  #遍历所有的交换机或网桥self._request_stats(dp)hub.sleep(10)         #休眠#send stats request msg to datapath        （完成控制器主动下发逻辑）def _request_stats(self,datapath):self.logger.debug('send stats request：%016x',datapath.id)ofproto=datapath.ofprotoofp_parser=datapath.ofproto_parser   #解析器# send flow stats request msgrequest=ofp_parser.OFPFlowStatsRequest(datapath)datapath.send_msg(request)# send port stats request msgrequest=ofp_parser.OFPPortStatsRequest(datapath,0,ofproto.OFPP_ANY)datapath.send_msg(request)#handle the port stats reply msg             （完成交换机被动发送逻辑）@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPortStatsReply,MAIN_DISPATCHER)def _port_stats_reply_handler(self,event):body=event.msg.body     #消息体self.logger.info('datapath         port      ''rx-pkts  rx-bytes rx-error '  'tx-pkts  tx-bytes tx-error ')     # rx-pkts:receive packets tx-pks:transmit packetsself.logger.info('---------------- -------- ''-------- -------- -------- ''-------- -------- --------')for stat in sorted(body,key=attrgetter('port_no')):     #attrgetter：属性获取工具self.logger.info('%016x %8x %8d %8d %8d %8d %8d %8d',event.msg.datapath.id, stat.port_no,stat.rx_packets, stat.rx_bytes, stat.rx_errors,stat.tx_packets, stat.tx_bytes, stat.tx_errors)#handle the flow entry stats reply msg@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPFlowStatsReply,MAIN_DISPATCHER)def _flow_stats_reply_handler(self,event):body=event.msg.body    # body:OFPFlowStats的列表，存储受FlowStatsRequest影响每个流表项的统计信息self.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',event.msg.datapath.id,stat.match['in_port'],stat.match['eth_dst'],stat.instructions[0].actions[0].port,stat.packet_count,stat.byte_count)

3.3结果显示

流量监控：

交换机连接上控制器，首先注册datapath

然后控制器主动下发请求request；最后通过处理Reply数据包得到相应数据。

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3.2案例实现

3.3结果显示

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