軟件定義網(wǎng)絡(luò)第六章mininet原理與實(shí)踐

SoftwareDefinedNetworkSDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)第六章Mininet應(yīng)用實(shí)踐2目錄Mininet安裝使用Mininet應(yīng)用實(shí)例Mininet應(yīng)用實(shí)踐Mininet簡(jiǎn)介Mininet系統(tǒng)架構(gòu)34Mininet的定義Mininet是一款輕量級(jí)的進(jìn)程虛擬化網(wǎng)絡(luò)仿真工具，它可以在有限資源的普通電腦上快速建立大規(guī)模SDN原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)有虛擬的終端節(jié)點(diǎn)（End-Host）、OpenFlow交換機(jī)、控制器組成，這使得它可以模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)，可對(duì)各種想法或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等進(jìn)行開發(fā)驗(yàn)證。5678目錄Mininet安裝使用Mininet應(yīng)用實(shí)例Mininet應(yīng)用實(shí)踐Mininet簡(jiǎn)介Mininet系統(tǒng)架構(gòu)9由于Mininet是基于LinuxContainer這一內(nèi)核虛擬化技術(shù)開發(fā)出的進(jìn)程虛擬化平臺(tái)，因此其實(shí)現(xiàn)進(jìn)程虛擬化主要是用到了Linux內(nèi)核的namespace機(jī)制，其從Linux版本2.6.27開始支持namespace機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程級(jí)的虛擬化。10通過(guò)namespace機(jī)制可以虛擬化3類系統(tǒng)資源每個(gè)namespace都可以獨(dú)自擁有一塊網(wǎng)卡（可以虛擬），rootnamespace看到的就是物理網(wǎng)卡，不同namespace里的進(jìn)程看到的網(wǎng)卡是不一樣的。每個(gè)namespace中的第一個(gè)進(jìn)程看到自己的PID是1，以為自己是系統(tǒng)中的第一個(gè)進(jìn)程（實(shí)際是init）。同時(shí)，不同namespace中的進(jìn)程之間是不可見的。不同namespace中看到文件系統(tǒng)掛載情況是不一樣的。進(jìn)程表掛載表網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧11正是因?yàn)長(zhǎng)inux內(nèi)核支持這種namespace機(jī)制，可以在Linux內(nèi)核中創(chuàng)建虛擬主機(jī)和定制拓?fù)?，這也是Mininet可以在一臺(tái)電腦上可以創(chuàng)建支持OF協(xié)議的SDN的關(guān)鍵所在。namespace機(jī)制12基于上述namespace機(jī)制，Mininet架構(gòu)按datapath的運(yùn)行權(quán)限不同，分為kerneldatapath和userspacedatapath兩種。其中kerneldatapath把分組轉(zhuǎn)發(fā)的邏輯編譯進(jìn)入Linux內(nèi)核，效率非常高；userspacedatapath把分組轉(zhuǎn)發(fā)邏輯實(shí)現(xiàn)為一個(gè)應(yīng)用程序，叫做ofdatapath，效率不及kerneldatapath，但更為靈活，更容易重新編譯。kerneldatapath和userspacedatapath兩種架構(gòu)13kerneldatapath架構(gòu)Mininet的kerneldatapath架構(gòu)如下圖所示控制器和交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口都在root命名空間中，每個(gè)主機(jī)都在自己獨(dú)立的命名空間里，這也就表明每個(gè)主機(jī)在自己的命名空間中都會(huì)有自己獨(dú)立的虛擬網(wǎng)卡eth0?？刂破骶褪且粋€(gè)用戶進(jìn)程，它會(huì)在loopback上預(yù)留的6633端口監(jiān)聽來(lái)自交換機(jī)安全信道的連接。每個(gè)交換機(jī)對(duì)應(yīng)幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，如s0-eth0、s0-eth1以及一個(gè)ofprotocol進(jìn)程，它負(fù)責(zé)管理和維護(hù)同一控制器之間的安全信道。14userspacedatapath架構(gòu)Mininet的userspacedatapath架構(gòu)如下圖所示與kerneldatapath架構(gòu)不同，網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有自己獨(dú)立的namespace。因?yàn)榉纸M轉(zhuǎn)發(fā)邏輯是實(shí)現(xiàn)在用戶空間，所以多出了一個(gè)進(jìn)程叫ofdatapath。另外，Mininet除了支持kerneldatapath和userspacedatapath這兩種架構(gòu)以外，還支持OVS交換機(jī)。OVS充分利用內(nèi)核的高效處理能力，它的性能和kerneldatapath相差無(wú)幾15Mininet的主要特點(diǎn)

靈活性可以通過(guò)軟件的方式簡(jiǎn)單、迅速的創(chuàng)建一個(gè)用戶自定義的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌s短開發(fā)測(cè)試周期，支持系統(tǒng)級(jí)的還原測(cè)試，且提供pythonAPI，簡(jiǎn)單易用。

可移植性Mininet支持OF、OVS等SDN部件，在Mininet上運(yùn)行的代碼可以輕松移植到支持OF的硬件設(shè)備上。

可擴(kuò)展性在一臺(tái)電腦上模擬的網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？梢暂p松擴(kuò)展到成百千個(gè)節(jié)點(diǎn)

真實(shí)性模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，運(yùn)行實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，實(shí)時(shí)管理和配置網(wǎng)絡(luò)，可以運(yùn)行真實(shí)的程序，在Linux上運(yùn)行的程序基本都可以在Mininet上運(yùn)行，如Wireshark。16目錄Mininet安裝使用Mininet應(yīng)用實(shí)例Mininet應(yīng)用實(shí)踐Mininet簡(jiǎn)介Mininet系統(tǒng)架構(gòu)17源碼編譯安裝VIP

免廣告1更新軟件#apt-getupdate#apt-getupgrade這里如果ubuntu沒有安裝git，需要安裝#aptinstallgit18源碼編譯安裝2從github上獲取Mininet源碼為了從源碼本地安裝，首先你需要獲取源碼：#gitclonegit:///mininet/mininet另外，可以查看當(dāng)前獲取的Mininet版本，在~/mininet目錄下，我們可以通過(guò)gittag命令列出所有可用的Mininet版本：#cdmininet#gittag19源碼編譯安裝3獲取源碼樹并安裝Mininet#catINSTALL切換到mininet文件下：#cdmininet%注意：若已在目錄mininet下，則無(wú)需再切換，否則無(wú)法執(zhí)行下一步的安裝命令。這里有多個(gè)安裝選項(xiàng)：mininet/util/install.sh[options]“-a”：完整安裝包括MininetVM，還包括如OpenvSwitch等依賴關(guān)系軟件，以及像的OpenFlowWireshark和POX。默認(rèn)情況下，這些工具將被安裝在你的home目錄中。完整安裝命令：#./util/install.sh-a20源碼編譯安裝“-nfv”：安裝Mininet、基于OpenFlow的交換機(jī)和OpenvSwitch。命令：#./util/install.sh–nfv“-smydir”：使用此選項(xiàng)可將源代碼建立在一個(gè)指定的目錄中，而不是在home目錄中。#./util/install.sh-smydir另外，你只想安裝OpenFlow1.3和OpenvSwitch2.3.0，可以使用安裝命令：#mininet/util/install.sh–n3V2.3.0源碼編譯安裝4安裝完成后可通過(guò)簡(jiǎn)單的命令測(cè)試Mininet的基本功能#sudomn--testpingall可以查看安裝好的Mininet版本：#mn--version22Mininet的使用運(yùn)行Mininet的操作十分簡(jiǎn)單，只需使用以下命令即可啟動(dòng)Mininet，會(huì)創(chuàng)建默認(rèn)的一個(gè)小型測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過(guò)短暫時(shí)間的等待即可進(jìn)入以“mininet>”引導(dǎo)的命令行界面。進(jìn)入“mininet>”命令行界面后，默認(rèn)拓?fù)鋵?chuàng)建成功，即將擁有一個(gè)一臺(tái)控制節(jié)點(diǎn)（Controller）、一臺(tái)交換機(jī)（Switch）和兩臺(tái)主機(jī)（Host）的網(wǎng)絡(luò)。23可以互相ping一下測(cè)試連通性24豐富的參數(shù)設(shè)定Mininet除了創(chuàng)建默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，還提供了豐富的參數(shù)設(shè)定方式用來(lái)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、交換機(jī)、控制器、MAC地址、鏈路屬性等，以滿足使用者在仿真過(guò)程中多樣性的需求。25網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2627282930Mininet通過(guò)參數(shù)設(shè)定方式用來(lái)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)--topo用于指定OpenFlow的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。Mininet已經(jīng)為大多數(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了5種類型的OpenFlow網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，分別為：tree、single、reversed、linear和minimal。默認(rèn)情況下，創(chuàng)建的是minimal拓?fù)?，該拓?fù)錇橐粋€(gè)交換機(jī)與兩個(gè)主機(jī)相連；31--toposingle，n則表示1個(gè)OpenFlow交換機(jī)下掛連接n個(gè)主機(jī)；reversed與single類型相似，區(qū)別在于single的主機(jī)編號(hào)和相連的交換機(jī)端口編號(hào)同序，而reversed的主機(jī)編號(hào)和相連的交換機(jī)端口編號(hào)反序；Mininet通過(guò)參數(shù)設(shè)定方式用來(lái)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)32--topolinear，n則表示將創(chuàng)建n個(gè)OpenFlow交換機(jī)，且每個(gè)交換機(jī)只連接一個(gè)主機(jī)，并且所有交換機(jī)連接成直線；Mininet通過(guò)參數(shù)設(shè)定方式用來(lái)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)33--topotree，depth=n，fanout=m則表示創(chuàng)建一個(gè)樹型拓?fù)?，深度是n，扇出是m，例如，當(dāng)depth=2，fanout=8時(shí)，將創(chuàng)建9個(gè)交換機(jī)連接64個(gè)主機(jī)（每個(gè)交換機(jī)連接8個(gè)設(shè)備，設(shè)備中包括交換機(jī)及主機(jī)）。--custom：在上述已有拓?fù)涞幕A(chǔ)上，Mininet支持自定義拓?fù)?，使用一個(gè)簡(jiǎn)單的PythonAPI即可，例如導(dǎo)入自定義的mytopo：#sudomn--custom~/mininet/custom/topo-2sw-2host.py--topomytopo--testpingallMininet通過(guò)參數(shù)設(shè)定方式用來(lái)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)34設(shè)置交換機(jī)--switch：Mininet支持4類交換機(jī)，分別是：UserSwitch、OVS交換機(jī)、OVSLegacyKernelSwitch和IVS交換機(jī)。其中，運(yùn)行在內(nèi)核空間的交換機(jī)的性能和吞吐量要高于用戶空間交換機(jī)，可以通過(guò)運(yùn)行iperf命令測(cè)試鏈路的TCP帶寬速率來(lái)驗(yàn)證：#sudomn--switchovsk--testIPerf35設(shè)置控制器--controller：通過(guò)參數(shù)設(shè)置的控制器可以是Mininet默認(rèn)的控制器（NOX）或者虛擬機(jī)之外的遠(yuǎn)端控制器，如Floodlight、POX等，指定遠(yuǎn)端控制器的方法如下：#sudomn--controller=remote,ip=[controllerIP],port=[controllerlisteningport]36配置MAC地址--mac：設(shè)置MAC地址的作用是增強(qiáng)設(shè)備MAC地址的易讀性，即將交換機(jī)和主機(jī)的MAC地址設(shè)置為一個(gè)較小的、唯一的、易讀的ID，以便在后續(xù)工作中減少對(duì)設(shè)備識(shí)別的難度。#sudomn--mac37設(shè)置鏈路屬性--link：鏈路屬性可以是默認(rèn)Link及TCLink。將鏈路類型指定為TC后，可以進(jìn)一步指定具體參數(shù)。具體參數(shù)命令顯示如下：#sudomn

--linktc,bw=[bandwidth],delay=[delaytime],loss=[lossrate],max_que_size=[queuesize]bw表示鏈路帶寬，使用Mbit/s為單位表示；延遲delay以字符串形式表示，如‘5ms’、‘100us’和‘1s’；loss表示數(shù)據(jù)分組丟失率的百分比，用0～100的一個(gè)百分?jǐn)?shù)表示；max_queue_size表示最大排隊(duì)長(zhǎng)度，使用數(shù)據(jù)分組的數(shù)量表示。38我們可以通過(guò)編程的方式自定義自己的拓?fù)?，這里也可以使用一種更便捷的方式創(chuàng)建拓?fù)?。啟?dòng)可視化界面首先進(jìn)入目錄mininet/mininet/examples，運(yùn)行./miniedit.pyMininet可視化操作39構(gòu)建拓?fù)?/p>

用鼠標(biāo)選擇左側(cè)的對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)組件，然后在空白區(qū)域單擊鼠標(biāo)左鍵即可添加網(wǎng)絡(luò)組件，繪制如左圖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

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在主機(jī)、交換機(jī)、控制器上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Properties即可設(shè)置其屬性。

主機(jī)可以設(shè)置其IP地址

設(shè)置其屬性41

交換機(jī)默認(rèn)配置就可以

42控制器的配置在“Edit”中選擇“Preferences”，進(jìn)入此界面，可勾選“StartCLI”，這樣的話，就可以命令行界面直接對(duì)主機(jī)等進(jìn)行命令操作，也可以選擇交換機(jī)支持的OpenFlow協(xié)議版本（可多選）。43運(yùn)行點(diǎn)擊run

44退的時(shí)候一定要現(xiàn)在命令行里輸入exit，再到可視化界面里面點(diǎn)擊stop，最后再關(guān)閉可視化界面

45導(dǎo)出我們?cè)谶@里可以將自己的拓?fù)浔４娉?py文件，進(jìn)行修改和運(yùn)行，點(diǎn)擊File->ExportLevel2Script46目錄Mininet安裝使用Mininet應(yīng)用實(shí)例Mininet應(yīng)用實(shí)踐Mininet簡(jiǎn)介Mininet系統(tǒng)架構(gòu)47真實(shí)的SDN網(wǎng)絡(luò)需要很多OpenFlow設(shè)備包括控制器、交換機(jī)、功能虛擬化等一系列設(shè)備共同依賴來(lái)搭建并應(yīng)用，但因條件有限，每一位實(shí)驗(yàn)者不可能有這樣真實(shí)的環(huán)境來(lái)驗(yàn)證或者實(shí)驗(yàn)。這里主要介紹在沒有OpenFlow硬件設(shè)備下，通過(guò)Mininet，模擬搭建基于不同數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

使用Mininet的原因48使用Mininet設(shè)計(jì)模擬不同網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心拓?fù)?，可以用?lái)分析網(wǎng)絡(luò)的總流量，而且除此之外，還可以通過(guò)負(fù)載均衡策略來(lái)保證數(shù)據(jù)中心的可用性。

Mininet能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)49應(yīng)用實(shí)例要達(dá)到的