RYU多控制器通信 | SDNLAB | 专注网络创新技术

作者简介：满明磊，山东科技大学本科生，研究方向SDN

随着SDN控制平面不断扩展，单一的控制器很难满足需求，这时候部署多个控制器是势在必行的，一旦部署了多控制器，如何使它们协同工作就成了亟待解决的问题。Ryu是基于Python的控制器，不像java类型的控制器一样带有集群功能，不过好在比java方便，本篇文章就介绍一下如何利用C/S架构进行多控制器之间的通信。

设计原理

因为控制器一旦运行，就要占用一个TCP端口，如果跟其他控制器直接通信，需要再占用其他端口，如果控制器数量很多，那么控制器全互联的代价很大，配置也很不方便。为了解决这个问题，我们设置一个第三方服务器，其他的控制器都与服务器建立连接，把信息发送给服务器，这样既能够让控制器专注于控制网络，也使得网络层次更加分明。每个控制器相当于一个客户端，自己持有自己那部分网络的信息，同时为了获得其他网络的信息而不断与服务器进行交互。

为了创建一个高效方便的服务器，我们使用gevent的StreamServer模块。
gevent 是一个基于协同程序的Python网络库，它以greenlet为核心，提供了非常高的并发性能，简单的说就是可以让多线程更加高效，StreamServer是一个通用的TCP服务器，当客户端连接到它的时候可以运行用户提供的处理函数。
StreamServer的定义是这样的：

class StreamServer(listener, handle=None, backlog=None, spawn='default', **ssl_args)

1	class StreamServer(listener, handle=None, backlog=None, spawn='default', **ssl_args)

在Ryu中lib/hub.py中可以找到这个类的定义。

服务器设计

作为服务器，我们需要监听客户端的请求，同时还需要与客户端通信，还要存储客户端传来的数据，那么它的结构是下面这样

服务器框架每一个控制器连接到服务器时，服务器都会分出一个线程来建立连接，然后再启动用于服务器和控制器通信的线程，当控制器传过来数据时，负责连接控制器的线程会把数据存到服务器中。传输的消息采用json格式，方便读取。

 with contextlib.closing(Client(socket)) as client:
    			client.server = self  
    			client_id = len(self.clients)+1 
    
    			client.set_id(client_id)
    			self.clients[client_id] = client
    			client.start()

with contextlib.closing(Client(socket)) as client:

client.server = self

client_id = len(self.clients)+1

client.set_id(client_id)

self.clients[client_id] = client

client.start()

客户端设计

作为客户端的控制器只需要在启动后连接到服务器（要先保证服务器已经启动），然后创建线程接受和发送消息即可。要发送的消息储存再发送队列，由发送线程周期性发送。

def _send_loop(self):
    		try:
    			while self.status:
    				message = self.send_queue.get()
    				message += '\n'
    				self.socket.sendall(message)
    		finally:
    			self.send_queue = None

def _send_loop(self):

try:

while self.status:

message = self.send_queue.get()

message += '\n'

self.socket.sendall(message)

finally:

self.send_queue = None

实验验证

下面做一个简单的检测全局拓扑的实验
拓扑是这样的：

           c1   c2   
          / \   / \
    	 s1 s2 s3 s4
    	 |   |  |  |
    	 h1 h2 h3 h4

c1 c2

/ \ / \

s1 s2 s3 s4

| | | |

h1 h2 h3 h4

每个控制器的输出表明，每个控制器只能检测到连接到自己的交换机之间的链路

而服务器的输出则展示了全局拓扑

总结

多控制器的应用越来越广泛，C/S架构是一种简单的多控制器之间通信模式，通过服务器收集所有控制器的信息，可以实现网络模块化，分布式部署以及交换机迁移等功能，对于管理者来说也十分方便，源码已上传Github，希望本文能够对读者有所帮助。