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Chapter 0 Configuration of Experimental Environment

Aim

  1. 使用 Mininet 的Python API搭建 k=4 的 fat tree 拓扑；
  2. 使用 pingall 查看各主机之间的连通情况;
  3. 若主机之间未连通，分析原因并解决（使用 wireshark 抓包分析）
  4. 若主机连通，分析数据包的路径（ovs-appctl fdb/show 查看MAC表）
  5. 不可以使用controller

Reference - Mininet - OpenVSwitch - WireShark

Part 1 实验环境搭建

方式1： - 使用 virtual box 镜像搭建 虚拟机软件 virtual box ，可在官网查询 - 本实验提供 virtual box 虚拟机的镜像文件（ sdn_exp_2023.ova ）已配置 Mininet 和 Ryu - 环境搭建步骤如下： 安装 virtual box 导入镜像文件 sdn_exp_2023.ova （ root 账户密码并未设置，需要的同学可以参考 sudo passwd root 指令）

方式2： - 使用 VMWare 镜像搭建 虚拟机软件 VMWare ，可在官网自行下载 - 本实验也提供 VMWare 虚拟机镜像文件（ sdn_exp_2023_vmware ），已配置 Mininet 和 Ryu 。 - 环境搭建步骤如下： - 安装 VMWare - 导入镜像文件 sdn_exp_2023_vmware （密码 sdn ）

方式3： 源码安装

Bash
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# 参考视频 
# `Workstaion`和`Ubuntu`的安装：https://www.bilibili.com/video/BV1ng4y1z77g 
# SDN环境搭建（`Mininet`）：https://www.bilibili.com/video/BV1nC4y1x7Z8 

# 安装mininet 
git clone https://github.com/mininet/mininet.git 
cd mininet/util 
sudo ./install.sh -n3v 

# 安装wireshark 
sudo add-apt-repository ppa:wireshark-dev/stable 
sudo apt update 
sudo apt install wireshark

说明： 针对 Apple Silicon - 本质上安装任一Linux虚拟机都可以使用 - VMware - VirtualBox - Parallels Desktop - ... - 但是Orbstack不行！ - 它轻量化，既可以开docker也可以开vm - 它的linux虚拟机内核没有支持openvswitch - 除非你手动编译内核 : ) - 具体问题详见笔者在mininet-github中提出的issue

Part 2 实验工具介绍

2.1 三板斧

  • mininet：用来在单台计算机上创建一个包含多台网络设备的虚拟网络
  • Open vSwitch : Mininet 中使用的虚拟交换机
  • WireShark : 抓包工具

2.2 Mininet

  • 启动
Bash
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# shell prompt 
mn -h          # 查看mininet命令中的各个选项 
sudo mn -c # 不正确退出时清理mininet 
sudo mn      # 创建默认拓扑，两个主机h1、h2连接到同一交换机s1
  • 常用命令
Bash
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# inputs in Mininet CLI
nodes
links
net  # show the whole network topo now
dump  # show the detailed information of current net-topo
xterm h1  # open a Terminal Simulator for node-h1
sh [CMD]  # 
h1 ping -c3 h2  # h1 send PING to h2 for 3 times
ping all  # PING in every node-pair
h1 ifconfig  # lookup the Interface and configuration of h1
h1 arp  # lookup the ARP map of h1
link s1 h1 down/up  # disconnect/connect the link between s1 and h1
exit # exit the mininet CLI

2.3 创建拓扑

CLI 创建

原始版，详见Lecture 4内容

Bash
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sudo mn --mac --topo=tree,m,m
  • --mac 指定mac地址从1开始递增，而不是无序的mac，方便观察
  • --topo 指定拓扑参数，可选用single和linear等参数

自建拓扑 - Method1

  • 用 Mininet Python API 创建自定义拓扑
  • 通过命令行运行 pwd = 'mininet/custom/topo-2sw-2host.py'
Python
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from mininet.topo 
import Topo 
class MyTopo( Topo ): 
    "Simple topology example." 
    def build( self ): 
        "Create custom topo." 
        # Add hosts and switches 
        leftHost = self.addHost( 'h1' ) 
        rightHost = self.addHost( 'h2' ) 
        leftSwitch = self.addSwitch( 's3' ) 
        rightSwitch = self.addSwitch( 's4' ) 
        # Add links 
        self.addLink( leftHost, leftSwitch ) 
        self.addLink( leftSwitch, rightSwitch ) 
        self.addLink( rightSwitch, rightHost )

topos = { 'mytopo': ( lambda: MyTopo() ) }

运行

Bash
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mn> cd ~/sdn/mininet/custom 
mn> sudo mn --custom topo-2sw-2host.py --topo mytopo --controller=none

自建拓扑 - Method2

Python
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# sudo python topo_recommend.py 
from mininet.topo import Topo 
from mininet.net import Mininet 
from mininet.cli import CLI 
from mininet.log import setLogLevel 

class S1H2(Topo): 
    def build(self): 
        s1 = self.addSwitch('s1') 
        h1 = self.addHost('h1') 
        h2 = self.addHost('h2') 

        self.addLink(s1, h1) 
        self.addLink(s1, h2) 

    def run(): 
        topo = S1H2() 
        net = Mininet(topo) 
        net.start() 
        CLI(net) 
        net.stop() 

if __name__ == '__main__': 
    setLogLevel('info') # output, info, debug 
    run()

运行

Bash
1
sudo python topo_recommend.py

2.4 OpenVSwitch (OVS)

查看交换机基本信息

Bash
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su
mn
ovs-vsctl show
- ovs-vsctl 命令允许查看、修改和管理 OVS 的配置，包括网桥、端口、控制器、流表等 - show 参数指示该命令显示当前 OVS 的配置信息 - vsctl 的全称是 "Virtual Switch Control"

生成树协议

Bash
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ovs-vsctl set bridge s1 stp_enable=true # open "STP" for Sw.s1
ovs-vsctl get bridge s1 stp_enable # check if STP is open for s1
ovs-vsctl list bridge # 列出所有 OVS 网桥及其相关信息

查看mac表

  • 启动mininet，记得要禁用控制器，否则MAC表可能学习不到内容
  • 对每个Switch执行ovs-vsctl del-fail-mode Node_Name，否则MAC表仍可能学不到内容
  • pingall令所有主机发送数据包，防止“沉默主机”现象
  • ovs-appctl fdb/show Node_Name查看每个节点的MAC表

del-fail-mode XXX:

该选项表示“删除先前设置的故障模式”，以允许交换机重新恢复到默认行为或者进行新的配置

ovs-appctl fdb/show XXX:

显示指定网桥的转发数据库（FDB）内容 - XXX: 网桥的名称or标识符 - FDB：是一个表，存放的是 MAC地址和与之关联的端口 信息

2.5 WireShark

  • 抓交换机的packet
    • sudo wireshark，并选择相应的端口
  • 抓主机的packet
    • 在mininet CLI中执行xterm h1，打开host1的终端
  • 在h1终端里运行wireshark