本文属于该专题中的进阶篇，主要讲解ODL应用不同网段的三层数据转发机制，在OpenDaylight与Mininet应用实战之流表操作（三）中会涉及到相同网段的二层数据通信，此是在（三）的基础上更加了解ODL的功能应用。学习本文前，可先熟悉本专题前面两篇文章。
1 自定义创建SDN网络拓扑
在验证中我用Mininet创建了如下的网络拓扑结构，1台ODL控制器（0.1版本），2台交换机，每台交换机分别连接2台主机，即共4台主机，这些主机分别属于2个不同的网段，交换机与控制器之间采用OpenFlow协议。拓扑结构及网段分配如图1所示：
图1 拓扑结构
1.1 编写生产拓扑脚本
首先测试网络的拓扑结构由Python脚本生成，可将配置文件保存于虚拟机/mininet/custom目录下的topo-2sw_2host.py文件内：
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"""Custom topology example Two directly connected switches plus two hosts for each switch: host1 --- switch1 --- switch2 --- host3 | | | | host2 host4 """ from mininet.topo import Topo class MyTopo( Topo ): "Simple topology example." def __init__( self ): "Create custom topo." # Initialize topology Topo.__init__( self ) # Add hosts and switches Host1 = self.addHost( 'h1' ) Host2 = self.addHost( 'h2' ) Host3 = self.addHost( 'h3' ) Host4 = self.addHost( 'h4' ) Switch1 = self.addSwitch( 's1' ) Switch2 = self.addSwitch( 's2' ) # Add links self.addLink( Host1, Switch1 ) self.addLink( Host2, Switch1 ) self.addLink( Switch1, Switch2 ) self.addLink( Switch2, Host3 ) self.addLink( Switch2, Host4 ) topos = { 'mytopo': ( lambda: MyTopo() ) } |
1.2 启动测试环境
启动测试环境，使用以下命令生成测试拓扑结构:
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sudo mn --custom ~/mininet/custom/topo-2sw_2host.py --topo mytopo --controller=remote,ip=192.168.5.203,port=6633 |
通过启动抓包软件WireShark（或sudo tcpdump -i any ip host 192.168.5.203 -w ./odl.tcpdump.pcap）可以看到交换机与ODL控制器的通信过程，具体详情可看上一章节OpenDaylight与Mininet应用实战之OpenFlow1.0协议分析（二）。生成拓扑后，将OpenDaylight连接至Mininet作为交换机的控制器控制主机通信。
1.3 ODL配置三层网关地址
生成网络拓扑后，须在ODL控制器界面上为每个三层网段设置一个网关地址，将交换机的端口与三层网关相关联。即将SW5的1号（连接h1）和SW6的1号口（连接h3）分别与网关10.0.0.254关联，将SW5的2号（连接h2）和SW6的2号口（连接h4）分别与网关20.0.0.254关联，如下图2所示。这一过程好比在SDN内划分了不同的三层网段，并将设备物理接口与三层对应，与以太网划分VLAN和增加三层虚接口的过程相类似。
图2 ODL Web界面交换机端口与三层网关相关联
然后对各个Host的主机IP地址、子网掩码和默认网关进行逐一设置，在Mininet提示符下如下设置：
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mininet> h1 ifconfig h1-eth0 10.0.0.1 netmask 255.0.0.0 mininet> h3 ifconfig h3-eth0 10.0.0.3 netmask 255.0.0.0 mininet> h2 ifconfig h2-eth0 20.0.0.1 netmask 255.0.0.0 mininet> h4 ifconfig h4-eth0 20.0.0.2 netmask 255.0.0.0 mininet> h1 route add default gw 10.0.0.254 mininet> h3 route add default gw 10.0.0.254 mininet> h2 route add default gw 20.0.0.254 mininet> h4 route add default gw 20.0.0.254 |
2 SDN网络三层转发机制
测试SDN控制器ODL如何实现两个不同网段主机之间的数据转发通信。
2.1 通信结果显示
在mininet>终端使用xterm h1 h2 h3 h4命令，显示4个主机的界面，在4个主机中对其他三个主机进行ping操作，同时使用Wireshark抓包，4个主机间都能ping通，h1、h4结果显示如下图3、图4：
图3 h1窗口
图4 h4窗口
对于三层转发，主机首先会判断目的IP与自己不在同一网段内，须解析网关的MAC地址，将数据包发向默认网关。
（1）h1发出 ARP，请求网关10.0.0.254的MAC。SW5不知如何处理，将其通过OF协议发送到ODL控制器。ODL上配置了网关地址10.0.0.254，它以自己的MAC地址回应ARP消息，并指示SW5交换机将ARP响应发送到与h1相连的端口。同时ODL控制器知道了h1的存在，通过路径计算，得到每一台交换机去往10.0.0.1的路径，并通过OF Flow Modify将流表推送到每一台交换机上。
（2）主机h1收到网关的ARP消息，构造ICMP PING Request数据包，其中源和目的MAC分别为h1和网关10.0.0.254的MAC，源和目的IP分别为h1和h4的IP，此包发向SW5。SW5没有关于到达20.0.0.2的流表，将缓存这个数据包。同时SW5也会将该包通过OF协议发送到ODL控制器，ODL发现该包要去向20.0.0.2，而此目的主机位置未知。
（3）ODL控制器会要求每一台交换机对应20.0.0.0/8网段的非SW互联端口发出ARP消息来请求20.0.0.2的MAC地址，其中ARP的源IP为20.0.0.0/8网段的网关20.0.0.254。
（4）只有h4(20.0.0.2)才会响应ARP，它将ARP Response发送到SW6。SW6不知如何处理，将ARP封装在OF协议中发送到ODL控制器。ODL控制器接到这个ARP响应，同时得到h4的位置是处于SW6的某个端口。ODL控制器通过路径计算，得到每一台交换机去往20.0.0.2的流表，并通过OF Flow Modify消息推送流表到每一台交换机上，对20.0.0.2目的地址的流表下发如图5所示。
图5 对20.0.0.2目的地址的流表下发
（5）SW5在装载流表后向正确的端口上转发之前缓存的ICMP数据包， SW6也可顺利转发。SW6还会将ICMP包的目的MAC地址修改为h4的MAC，以确保主机正确接收。对于主机相邻的交换机不仅要指该主机所对应流的出端口，还需要对目的MAC地址进行改写以匹配主机MAC，因此下发的流表内有2个动作(Action)，对于二层转发亦然。
（6）此时h4会收到ICMP Request，它发现是不同网段主机发出的ICMP请求，因此仍要通过ARP解析出自己的默认网关。此请求发送到SW6后仍要通过OF协议转发到ODL控制器，ODL控制器用自己的MAC进行响应，然后通过OF协议发往SW6，并最终发送到h4。
（7）主机h4收到ARP后可构造ICMP PING Response，其中源和目的MAC分别为h4和网关20.0.0.254的MAC，源和目的IP分别为h4和h1的IP。此包发向SW6，然后经过SW5，同样SW5在将其转发到目的端口前会将目的MAC地址修改为h1的MAC。这样h1和h4之间的通道被完全打通，进行通信。
整个流程图如下图6所示：
图6 ODL SDN三层转发机制流程
当网络的所有主机都完成一次通信后，ODL感知到所有网络节点的状态。通过控制器提供的界面，可以看到网络的可视化视图(http://192.168.5.203:8080)，与我们之前给出的网络拓扑一致，如下图7所示。
图7 ODL控制界面显示SDN网络拓扑
观察一下各交换机上的流表，可见每个交换机装载了正确的流表。随后交换机将定期向ODL控制器汇报流的状态，如匹配流的数量，转发的字节数量、生存时间等。这些流和它们的状态在ODL Web控制台上都可以看到，如下图8、图9所示：
图8 SW5转发流表信息
图9 SW6转发流表信息
3 总结
通过本文的实践操作，对ODL的三层数据转发机制进行分析学习，对OF协议也有了更为透彻地了解，且ODL不同网段的主机通信实验更熟悉。接下来在本专题的下一篇文章将对复杂网络多交换机及多控制器进行实验验证。
