RYU+Mininet的SDN架构-设计校园网络（三）

为了实现两个Mininet网络的互连，我们首先需要在两个Ubuntu虚拟机上各再创建一张新的网卡。从上图可以看出，VMnet0网卡桥接到了物理主机的无线网卡(Microsoft-WiFi Direct Virtual Adapter)上，因此，我们可以画出如下的设备连接逻辑图。ospf采用quagga实现，需要对每个路由器配置相应的守护进程，在通过命令行开启ospf算法，最终实现路由的收敛。防火墙

一个编程的菜鸡

2398人浏览 · 2023-03-07 22:41:30

一个编程的菜鸡 · 2023-03-07 22:41:30 发布

这是基于RYU+Mininet的SDN架构设计仿真校园网络的第一部分

总体详见：【基本中型网络的仿真（RYU+Mininet的SDN架构）-以校园为例】

章节：

【RYU+Mininet的SDN架构-设计校园网络（一）】【RYU+Mininet的SDN架构-设计校园网络（二）】https://blog.csdn.net/weixin_53284122/article/details/129393371

【RYU+Mininet的SDN架构-设计校园网络（二）】

【RYU+Mininet的SDN架构-设计校园网络（三）】

【RYU+Mininet的SDN架构-设计校园网络（四）】

【RYU+Mininet的SDN架构-设计校园网络（五）】

四、设计配置与实现

4.1 SDN设计配置与实现

SDN采用RYU控制器和mininet的方式，交换机采用的是openflow13协议。

配置

主要是涉及Mininet和RYU控制器的安装，一起路由定义软件Quagga的安装和配置。

详细的配置步骤在网络上都可以找到，在此不在叙述。

实现

第一步：打开RYU控制器，运行相应的程序（比如simple_switch_13.py默认路由，rest_firewall.py防火墙程序）

第二步：运行拓扑代码，连接到控制器

4.2 OSPF设计配置与实现

ospf采用quagga实现，需要对每个路由器配置相应的守护进程，在通过命令行开启ospf算法，最终实现路由的收敛。

（1）配置

1.在quagga安装目录里写配置文件

r1ospfd.conf（设置r1的直连网络）

hostname r1_ospfd

password 123

enable password 123

router ospf

ospf router-id 192.168.3.2

network 192.168.3.0/30 area 0

network 192.168.3.4/30 area 0

network 192.168.10.0/30 area 0

debug ospf event

log stdout

hostname r1_ospfd

password 123

enable password 123



router ospf

  ospf router-id 192.168.3.2

  network 192.168.3.0/30 area 0

  network 192.168.3.4/30 area 0

  network 192.168.10.0/30 area 0

debug ospf event

log stdout

r2ospfd.conf（设置r2的直连网络）

hostname r2_ospfd

password 123

enable password 123

router ospf

ospf router-id 192.168.3.1

network 192.168.1.0/24 area 0

network 192.168.3.0/30 area 0

debug ospf event

log stdout

hostname r2_ospfd

password 123

enable password 123



router ospf

  ospf router-id 192.168.3.1

  network 192.168.1.0/24 area 0

  network 192.168.3.0/30 area 0

debug ospf event

log stdout

r3ospfd.conf（设置r3的直连网络）

hostname r3_ospfd

password 123

enable password 123

router ospf

ospf router-id 192.168.3.6

network 192.168.2.0/24 area 0

network 192.168.3.4/30 area 0

debug ospf event

log stdout

hostname r3_ospfd

password 123

enable password 123



router ospf

  ospf router-id 192.168.3.6

  network 192.168.2.0/24 area 0

  network 192.168.3.4/30 area 0

debug ospf event

log stdout

r1zebra.conf、r2zebra.conf、r3zebra.conf 3个文件无需额外配置，直接复制示例模板即可。

2.命令行启动quagga及运行

命令行打开quagga软件，命令如下：

sudo zebra -d

软件打开后，在拓扑代码final.py中嵌入以下命令，运行ospf：

r1.cmd('zebra -f /etc/quagga/r1zebra.conf -d -z /tmp/r1zebra.api -i /tmp/r1zebra.interface')

r2.cmd('zebra -f /etc/quagga/r2zebra.conf -d -z /tmp/r2zebra.api -i /tmp/r2zebra.interface')

r3.cmd('zebra -f /etc/quagga/r3zebra.conf -d -z /tmp/r3zebra.api -i /tmp/r3zebra.interface')

time.sleep(1) # time for zebra to create api socket

r1.cmd('ospfd -f /etc/quagga/r1ospfd.conf -d -z /tmp/r1zebra.api -i /tmp/r1ospfd.interface')

r2.cmd('ospfd -f /etc/quagga/r2ospfd.conf -d -z /tmp/r2zebra.api -i /tmp/r2ospfd.interface')

r3.cmd('ospfd -f /etc/quagga/r3ospfd.conf -d -z /tmp/r3zebra.api -i /tmp/r3ospfd.interface')

r1.cmd('zebra -f /etc/quagga/r1zebra.conf -d -z /tmp/r1zebra.api -i /tmp/r1zebra.interface')

r2.cmd('zebra -f /etc/quagga/r2zebra.conf -d -z /tmp/r2zebra.api -i /tmp/r2zebra.interface')

r3.cmd('zebra -f /etc/quagga/r3zebra.conf -d -z /tmp/r3zebra.api -i /tmp/r3zebra.interface')

time.sleep(1)  # time for zebra to create api socket

r1.cmd('ospfd -f /etc/quagga/r1ospfd.conf -d -z /tmp/r1zebra.api -i /tmp/r1ospfd.interface')

r2.cmd('ospfd -f /etc/quagga/r2ospfd.conf -d -z /tmp/r2zebra.api -i /tmp/r2ospfd.interface')

r3.cmd('ospfd -f /etc/quagga/r3ospfd.conf -d -z /tmp/r3zebra.api -i /tmp/r3ospfd.interface')

（2）实现

通过直接运行final.py文件

图4-1启动ospf操作示意图

4.3 STP设计配置与实现

Stp采用ryu控制器实现，通过设置可以处理的流表类型来允许处理BDPU包，从而开启stp，实现防止环路形成/链路恢复。

（1）配置

在ryu的模块simple_switch_13.py中配置

simple_switch_13.py

……

from ryu.lib import stplib #改变1：引入stplib，以支持STP协议

class SimpleSwitch13(app_manager.RyuApp):

OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]

_CONTEXTS = {'stplib': stplib.Stp} #改变2：指定STP协议参考类

……

#@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)

@set_ev_cls(stplib.EventPacketIn, MAIN_DISPATCHER)#改变3：将EventOFPPacketIn 换成EventPacketIn，后者封装了前者，且可以处理BDPU包

……

……

……

from ryu.lib import stplib #改变1：引入stplib，以支持STP协议



class SimpleSwitch13(app_manager.RyuApp):

    OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]

    _CONTEXTS = {'stplib': stplib.Stp} #改变2：指定STP协议参考类

……

……

    #@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)

    @set_ev_cls(stplib.EventPacketIn, MAIN_DISPATCHER)#改变3：将EventOFPPacketIn 换成EventPacketIn，后者封装了前者，且可以处理BDPU包

（2）实现

由于是直接在ryu控制器中进行设置，那么无需在拓扑代码中再进行设置，直接运行拓扑文件final.py文件即可。

图4-2启动stp操作示意图

4.4 DHCP设计配置与实现

DHCP采用的是下载额外的DHCP服务器，然后通过mininet自带的host.defaultIntf.updateIP()函数进行IP地址的更新。

配置

checkRequired()函数检查各项配置

def checkRequired():

"Check for required executables"

required = [ 'udhcpd', 'udhcpc', 'dnsmasq', 'curl', 'firefox' ]

for r in required:

if not quietRun( 'which ' + r ):

print '* Installing', r

print quietRun( 'apt-get install -y ' + r )

if r == 'dnsmasq':

print quietRun( 'update-rc.d dnsmasq disable' )

def checkRequired():

    "Check for required executables"

    required = [ 'udhcpd', 'udhcpc', 'dnsmasq', 'curl', 'firefox' ]

    for r in required:

        if not quietRun( 'which ' + r ):

            print '* Installing', r

            print quietRun( 'apt-get install -y ' + r )

            if r == 'dnsmasq':

                print quietRun( 'update-rc.d dnsmasq disable' )

（1）实现

主要流程如下图：

图4-3 DHCP运行流程图

下面介绍各个流程核心代码

地址池的设置（例子）

DNSTemplate = """

start #开始IP

end #结束IP

option subnet #子网掩码

option domain local

option lease 7 # seconds

"""

DNSTemplate = """

start #开始IP

end #结束IP

option subnet #子网掩码

option domain local

option lease 7  # seconds

"""

创建DHCP服务器.conf文件

def makeDHCPconfig( filename, intf, gw, dns ):

"Create a DHCP configuration file"

config = (

'interface %s' % intf,

DNSTemplate,

'option router %s' % gw,

'option dns %s' % dns,

'' )

with open( filename, 'w' ) as f:

f.write( '\n'.join( config ) )

def makeDHCPconfig( filename, intf, gw, dns ):

    "Create a DHCP configuration file"

    config = (

        'interface %s' % intf,

        DNSTemplate,

        'option router %s' % gw,

        'option dns %s' % dns,

        '' )

     with open( filename, 'w' ) as f:

        f.write( '\n'.join( config ) )

启动DHCP服务器

def startDHCPserver( host, gw, dns ):

"Start DHCP server on host with specified DNS server"

info( '* Starting DHCP server on', host, 'at', host.IP(), '\n' )

dhcpConfig = '/tmp/%s-udhcpd.conf' % host

makeDHCPconfig( dhcpConfig, host.defaultIntf(), gw, dns )

host.cmd( 'udhcpd -f', dhcpConfig,

'1>/tmp/%s-dhcp.log 2>&1 &' % host )

def startDHCPserver( host, gw, dns ):

    "Start DHCP server on host with specified DNS server"

    info( '* Starting DHCP server on', host, 'at', host.IP(), '\n' )

    dhcpConfig = '/tmp/%s-udhcpd.conf' % host

    makeDHCPconfig( dhcpConfig, host.defaultIntf(), gw, dns )

    host.cmd( 'udhcpd -f', dhcpConfig,

              '1>/tmp/%s-dhcp.log 2>&1  &' % host )

启动请求方，并创建.log文件

def startDHCPclient( host ):

"Start DHCP client on host"

intf = host.defaultIntf()

host.cmd( 'dhclient -v -d -r', intf )

host.cmd( 'dhclient -v -d 1> /tmp/dhclient.log 2>&1', intf, '&' )

def startDHCPclient( host ):

    "Start DHCP client on host"

    intf = host.defaultIntf()

    host.cmd( 'dhclient -v -d -r', intf )

host.cmd( 'dhclient -v -d 1> /tmp/dhclient.log 2>&1', intf, '&' )

请求方等待IP地址，若失败则进行重复请求

def waitForIP( host ):

"Wait for an IP address"

info( '*', host, 'waiting for IP address' )

while True:

host.defaultIntf().updateIP()

if host.IP():

break

info( '.' )

sleep( 1 )

info( '\n' )

至此，DHCP分配结束。

def waitForIP( host ):

    "Wait for an IP address"

    info( '*', host, 'waiting for IP address' )

    while True:

        host.defaultIntf().updateIP()

        if host.IP():

            break

        info( '.' )

        sleep( 1 )

    info( '\n' )

4.5 NAT配置与实现

NAPT的配置在拓扑代码里实现。通过以下代码在拓扑中加入NAT节点。

NAT节点添加代码

nat0 = self.addNode('nat0', cls=NAT, ip='192.168.10.1/30', subnet='192.168.0.0/16', inNamespace=False)

其中subnet属性用于配置nat节点所负责的子网范围，只有处于subnet内的主机通信时，nat节点才会为其提供转换。

之后我们还要为所有节点配置默认路由，并为nat节点配置路由使得外面发送的信息能够成功传入Mininet内。

默认路由配置代码

r1.cmd('route add default gw 192.168.10.1 dev r1-eth3')

r2.cmd('route add default gw 192.168.3.2 dev r2-eth1')

r3.cmd('route add default gw 192.168.3.5 dev r3-eth1')

nat0.cmd('route add -net 192.168.0.0/16 gw 192.168.10.2 dev nat0-eth1')

r1.cmd('route add default gw 192.168.10.1 dev r1-eth3')

r2.cmd('route add default gw 192.168.3.2 dev r2-eth1')

r3.cmd('route add default gw 192.168.3.5 dev r3-eth1')

nat0.cmd('route add -net 192.168.0.0/16 gw 192.168.10.2 dev nat0-eth1')

通过以上配置之后，Mininet内的主机便可以与外界主机通信了。

4.6防火墙配置与实现

防火墙采用的是RYU控制器，通过在RYU控制器中的防火墙程序（rest_firewall.py）文件进行实现。

（1）配置

1.通过编写代码设置防火墙规则

Firewall.py(实现防火墙的过滤规则)

import requests

data1='{"nw_src":"192.168.1.1","nw_dst":"192.168.2.1"}'

data2='{"nw_src":"192.168.2.1","nw_dst":"192.168.1.1"}'

data3='{"nw_src":"192.168.2.2","nw_dst":"192.168.1.1"}'

data4='{"nw_src":"192.168.1.1","nw_dst":"192.168.2.2"}'

def firewall():

# set rules for switch by ryu/ryu.app/rest_firewall.py

# data1-data4 is the rule by myself)

response = requests.put('http://localhost:8080/firewall/module/enable/0000

000000000004')

response=

requests.post('http://127.0.0.1:8080/firewall/rules/0000000000000004',

data=data1)

response = requests.post('http://127.0.0.1:8080/firewall/rules/0000000000000004', data=data2)

response = requests.post('http://127.0.0.1:8080/firewall/rules/0000000000000004', data=data3)

response = requests.post('http://127.0.0.1:8080/firewall/rules/0000000000000004', data=data4)

firewall()

import requests

data1='{"nw_src":"192.168.1.1","nw_dst":"192.168.2.1"}'

data2='{"nw_src":"192.168.2.1","nw_dst":"192.168.1.1"}'

data3='{"nw_src":"192.168.2.2","nw_dst":"192.168.1.1"}'

data4='{"nw_src":"192.168.1.1","nw_dst":"192.168.2.2"}'

def firewall():

    # set rules for switch by ryu/ryu.app/rest_firewall.py

    # data1-data4 is the rule by myself)

    response = requests.put('http://localhost:8080/firewall/module/enable/0000

000000000004')

    response=

requests.post('http://127.0.0.1:8080/firewall/rules/0000000000000004',

data=data1)

    response = requests.post('http://127.0.0.1:8080/firewall/rules/0000000000000004', data=data2)

    response = requests.post('http://127.0.0.1:8080/firewall/rules/0000000000000004', data=data3)

    response = requests.post('http://127.0.0.1:8080/firewall/rules/0000000000000004', data=data4)

 

firewall()

2.命令行设置防火墙规则

命令行打开S4，设置为可以enable状态，配置命令如下：

curl -X PUT http://localhost:8080/firewall/module/enable/0000000000000004

之后在enable状态下，在链接到RYU控制器后台设置防火墙的过滤规则。

curl -X POST -d '{"nw_src":"192.168.2.1/32","nw_dst":"192.168.1.1/32"}' http://127.0.0.1:8080/firewall/rules/0000000000000004

curl -X POST -d '{"nw_src":"192.168.1.1/32","nw_dst":"192.168.2.1/32"}' http://127.0.0.1:8080/firewall/rules/0000000000000004

（2）实现

1）启动控制器C1的终端，启动RYU控制器的防火墙程序

图4-4 启动防火墙操作示意图

通过直接运行firewall.py文件或者命令行方式设置防火墙过滤的规则

图4-5 启动设置防火墙规则操作示意图

4.7 WIFI配置与实现

WLAN部分的实现以代码为主，以下展示具体的实现思路和核心代码。

（1）设置网络类型为Mininet-WiFi，并配置控制器

设置网络类型为Mininet-WiFi，并配置控制器

net = Mininet_wifi(topo=None,

build=False,

link=wmediumd ,

wmediumd_mode=interference)

info('***Adding controllerln ' )

c1= net.addController( name= 'c1 ',controller=Controller, protocol= 'tcp ' ,port=6653)

net = Mininet_wifi(topo=None,

       build=False,

       link=wmediumd ,

       wmediumd_mode=interference)

info('***Adding controllerln ' )

c1= net.addController( name= 'c1 ',controller=Controller, protocol= 'tcp ' ,port=6653)

（2）配置AP的名称、MAC地址、SSID、信道编号、加密方式、密码和物理位置。

配置AP（以AP1为例）

ap1 = net.addAccessPoint( 'ap1', mac='00:00:00:00:00:01', ssid="handover",mode="g", channel="1", passwd= '123456789a',encrypt='wpa2', position='123.0,323.0,0')

ap1 = net.addAccessPoint( 'ap1', mac='00:00:00:00:00:01', ssid="handover",mode="g", channel="1", passwd= '1234567

（3）配置站点的名称、IP地址、物理位置、扫描信号强度门限、短间隔、长间隔和扫描模式。

配置站点（以sta1为例）

sta1 = net.addStation( 'sta1', ip= '192.168.4.1/24',position= '54.0,434.0,0 ', bgscan_threshold=-60,s_inverval=5, l_interval=10,bgscan_module="simpie")

（4）设置无线信号的指数传播模型

设置无线信号的指数传播模型

net.setPropagationModel( model="logDistance" , exp=3)