在许多实验场景中，都需要使用链路发现协议（LLDP）来发现链路，从而构建网络拓扑。然而LLDP协议不仅仅可以用来发现拓扑，也可以用于时延检测等业务。LLDP通过添加对应的TLV格式的LLDPDU（LLDP数据单元）来携带对应的信息，从而为上层业务提供信息支撑。为实现LLDP数据单元的拓展，本文将以Ryu控制器为例，介绍如何添加自定义的LLDPDU，从而满足多种业务的需求。
添加自定义LLDPDU其实只需修改ryu/lib/packet/lldp.py即可，但是由于该文件仅定义了LLDP的相关类，如何使用还需要其他文件去调用，所以还需要其他的修改步骤。具体步骤将在文章后续介绍。
修改lldp.py文件
ryu/lib/packet/lldp.py文件是Ryu控制器中关于LLDP协议数据类的描述，其中定义了如LLDPBasicTLV类等重要的报文类。 以添加发送时间戳的TLV为例，我们需要完成TLV类型号的声明，以及TLV类的定义。
在文件开头处有关于LLDP TLV类型的声明，所以首先我们需要添加一个新的类型：LLDP\_TLV\_SEND\_TIME，其类型号为11。
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
py # LLDP TLV type LLDP_TLV_END = 0 # End of LLDPDU LLDP_TLV_CHASSIS_ID = 1 # Chassis ID LLDP_TLV_PORT_ID = 2 # Port ID LLDP_TLV_TTL = 3 # Time To Live LLDP_TLV_PORT_DESCRIPTION = 4 # Port Description LLDP_TLV_SYSTEM_NAME = 5 # System Name LLDP_TLV_SYSTEM_DESCRIPTION = 6 # System Description LLDP_TLV_SYSTEM_CAPABILITIES = 7 # System Capabilities LLDP_TLV_MANAGEMENT_ADDRESS = 8 # Management Address LLDP_TLV_DOMAIN_ID = 9 # Domain id for Open Exchange Protocol LLDP_TLV_VPORT_ID = 10 # vport_no for Open Exchange Protocol LLDP_TLV_SEND_TIME = 11 # Time stamp for sending LLDP packet, # using for delay measurement. LLDP_TLV_ORGANIZATIONALLY_SPECIFIC = 127 # organizationally Specific TLVs |
然后设计此类型的LLDPDU格式，其格式仅包含一个长度为8字节的Double类型的时间戳数据。如何完成类的描述，可以参考TTL类，具体代码如下。
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 |
py @lldp.set_tlv_type(LLDP_TLV_SEND_TIME) class TimeStamp(LLDPBasicTLV): _PACK_STR = '!d' _PACK_SIZE = struct.calcsize(_PACK_STR) _LEN_MIN = _PACK_SIZE _LEN_MAX = _PACK_SIZE def __init__(self, buf=None, *args, **kwargs): super(TimeStamp, self).__init__(buf, *args, **kwargs) if buf: (self.timestamp, ) = struct.unpack( self._PACK_STR, self.tlv_info[:self._PACK_SIZE]) else: self.timestamp = kwargs['timestamp'] self.len = self._PACK_SIZE assert self._len_valid() self.typelen = (self.tlv_type << LLDP_TLV_TYPE_SHIFT) | self.len def serialize(self): return struct.pack('!Hd', self.typelen, self.timestamp) |
TimeStamp类中定义了该LLDPDU的格式，初始化函数以及序列化函数。
修改switches.py
完成LLDPDU的定义之后，还需要在某文件中对其进行初始化构造。如果另外重新编写一个LLDP的构造、发送以及接受解析模块，那么则需要重新写许多代码，所以此处推荐直接修改Ryu/topology/switches.py文件。
switches.py文件中的LLDPPacket类完成了LLDP数据包的初始化和序列化实现。
该类的lldp\_packet方法可以构造LLDP数据包，并返回序列化之后的数据。在此函数中，我们需要添加timestamp的TLV。
在lldp\_parse方法中，需将获取到的字节流的数据解析为对应的LLDP数据包。由于在发送之前，我们加入了一个timestamp的TLV，所以解析时需要完成这个TLV的解析，并将TimeStamp作为返回值返回。
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 |
py class LLDPPacket(object): # make a LLDP packet for link discovery. CHASSIS_ID_PREFIX = 'dpid:' CHASSIS_ID_PREFIX_LEN = len(CHASSIS_ID_PREFIX) CHASSIS_ID_FMT = CHASSIS_ID_PREFIX + '%s' PORT_ID_STR = '!I' # uint32_t PORT_ID_SIZE = 4 DOMAIN_ID_PREFIX = 'domain_id:' DOMAIN_ID_PREFIX_LEN = len(DOMAIN_ID_PREFIX) DOMAIN_ID_FMT = DOMAIN_ID_PREFIX + '%s' VPORT_ID_STR = '!I' # uint32_t VPORT_ID_SIZE = 4 class LLDPUnknownFormat(RyuException): message = '%(msg)s' @staticmethod def lldp_packet(dpid, port_no, dl_addr, ttl, timestamp, vport_no=ofproto_v1_0.OFPP_NONE): pkt = packet.Packet() dst = lldp.LLDP_MAC_NEAREST_BRIDGE src = dl_addr ethertype = ETH_TYPE_LLDP eth_pkt = ethernet.ethernet(dst, src, ethertype) pkt.add_protocol(eth_pkt) tlv_chassis_id = lldp.ChassisID( subtype=lldp.ChassisID.SUB_LOCALLY_ASSIGNED, chassis_id=LLDPPacket.CHASSIS_ID_FMT % dpid_to_str(dpid)) tlv_port_id = lldp.PortID(subtype=lldp.PortID.SUB_PORT_COMPONENT, port_id=struct.pack( LLDPPacket.PORT_ID_STR, port_no)) tlv_ttl = lldp.TTL(ttl=ttl) tlv_timestamp = lldp.TimeStamp(timestamp=timestamp) tlv_end = lldp.End() tlvs = (tlv_chassis_id, tlv_port_id, tlv_ttl, tlv_timestamp, tlv_end) lldp_pkt = lldp.lldp(tlvs) pkt.add_protocol(lldp_pkt) pkt.serialize() return pkt.data @staticmethod def lldp_parse(data): pkt = packet.Packet(data) i = iter(pkt) eth_pkt = i.next() assert type(eth_pkt) == ethernet.ethernet lldp_pkt = i.next() if type(lldp_pkt) != lldp.lldp: raise LLDPPacket.LLDPUnknownFormat() tlv_chassis_id = lldp_pkt.tlvs[0] if tlv_chassis_id.subtype != lldp.ChassisID.SUB_LOCALLY_ASSIGNED: raise LLDPPacket.LLDPUnknownFormat( msg='unknown chassis id subtype %d' % tlv_chassis_id.subtype) chassis_id = tlv_chassis_id.chassis_id if not chassis_id.startswith(LLDPPacket.CHASSIS_ID_PREFIX): raise LLDPPacket.LLDPUnknownFormat( msg='unknown chassis id format %s' % chassis_id) src_dpid = str_to_dpid(chassis_id[LLDPPacket.CHASSIS_ID_PREFIX_LEN:]) tlv_port_id = lldp_pkt.tlvs[1] if tlv_port_id.subtype != lldp.PortID.SUB_PORT_COMPONENT: raise LLDPPacket.LLDPUnknownFormat( msg='unknown port id subtype %d' % tlv_port_id.subtype) port_id = tlv_port_id.port_id if len(port_id) != LLDPPacket.PORT_ID_SIZE: raise LLDPPacket.LLDPUnknownFormat( msg='unknown port id %d' % port_id) (src_port_no, ) = struct.unpack(LLDPPacket.PORT_ID_STR, port_id) tlv_timestamp = lldp_pkt.tlvs[3] timestamp = tlv_timestamp.timestamp return src_dpid, src_port_no, timestamp |
到此为止，完成了LLDP的构造和解析的定义。但是由于修改了构造函数的参数列表，和解析函数的返回值，所以在构造LLDP数据包和解析LLDP数据包时，均需要做一些改动。示例代码如下：
|
1 2 3 4 5 |
py def _port_added(self, port): _time = time.time() lldp_data = LLDPPacket.lldp_packet(port.dpid, port.port_no, port.hw_addr, self.DEFAULT_TTL, _time) |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
py @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER) def packet_in_handler(self, ev): if not self.link_discovery: return msg = ev.msg try: src_dpid, src_port_no, timestamp = LLDPPacket.lldp_parse(msg.data) except LLDPPacket.LLDPUnknownFormat as e: # This handler can receive all the packtes which can be # not-LLDP packet. Ignore it silently return |
此处需要提醒读者的是，在Ryu的Switches模块中，被发送的LLDP都是一次构造之后保存起来，发送时直接发送的，所以添加的时间戳会固定在第一次构造时的时间。所以如果希望正确地插入发送时间戳，还需要进行额外的逻辑修改。但是这也许就破坏了Ryu设计的完整性，所以如何操作还需要读者自行斟酌。
然而，像VPort\_ID之类的不随时间而改变的TLV，则可以直接使用。添加VPort\_ID的步骤和以上的例子同理，其VPort\_ID类的示例代码如下所示：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 |
py @lldp.set_tlv_type(LLDP_TLV_VPORT_ID) class VPortID(LLDPBasicTLV): _PACK_STR = '!B' _PACK_SIZE = struct.calcsize(_PACK_STR) # subtype id(1 octet) + port id length(1 - 255 octet) _LEN_MIN = 2 _LEN_MAX = 256 # VPort ID subtype SUB_INTERFACE_ALIAS = 1 # ifAlias (IETF RFC 2863) SUB_PORT_COMPONENT = 2 # entPhysicalAlias (IETF RFC 4133) SUB_MAC_ADDRESS = 3 # MAC address (IEEE Std 802) SUB_NETWORK_ADDRESS = 4 # networkAddress SUB_INTERFACE_NAME = 5 # ifName (IETF RFC 2863) SUB_AGENT_CIRCUIT_ID = 6 # agent circuit ID(IETF RFC 3046) SUB_LOCALLY_ASSIGNED = 7 # local def __init__(self, buf=None, *args, **kwargs): super(VPortID, self).__init__(buf, *args, **kwargs) if buf: (self.subtype, ) = struct.unpack( self._PACK_STR, self.tlv_info[:self._PACK_SIZE]) self.vport_id = self.tlv_info[self._PACK_SIZE:] else: self.subtype = kwargs['subtype'] self.vport_id = kwargs['vport_id'] self.len = self._PACK_SIZE + len(self.vport_id) assert self._len_valid() self.typelen = (self.tlv_type << LLDP_TLV_TYPE_SHIFT) | self.len def serialize(self): return struct.pack('!HB', self.typelen, self.subtype) + self.vport_id |
总结
LLDP协议可添加自定义TLV格式的特性，使其可以灵活地被修改，进而应用到不同的业务场景中，十分方便。本文就以Ryu控制器为例，介绍了如何添加自定义LLDPDU的详细流程，希望对读者有一定的帮助。此外，为计算时延，还可以通过switches模块中的PortDatak类的发送时间戳来实现，无需修改LLDP数据包格式。如何在Ryu中完成时延测试的内容将在下一篇文章中详细介绍，敬请关注。
作者简介
李呈，2014/09-至今，北京邮电大学信息与通信工程学院未来网络理论与应用实验室（FNL实验室）攻读硕士研究生。
--------------华丽的分割线------------------
本文系《SDNLAB原创文章奖励计划》投稿文章，该计划旨在鼓励广大从业人员在SDN/NFV/Cloud网络领域创新技术、开源项目、产业动态等方面进行经验和成果的文字传播、分享、交流。有意向投稿的同学请通过官方唯一指定投稿通道进行文章投递，投稿细则请参考《SDNLAB原创文章奖励计划》
