SDN控制器之POX篇

Posted 2020-08-20 造夢先森

1. 安装POX

POX基于Python2.7的环境运行，官方版本的POX可以运行在Windows、Mac OS、以及Linux操作系统中。POX源码已在github发布，可将POX的源码下载到本地机器进行安装使用。

在Linux系统下可以直接使用git 将pox源码下载下来，如：

$git clone http://github.com/noxrepo/pox

或在 https://github.com/pkpk8/pox 下载

2.配置POX

（1）修改监听端口

POX的监听端口默认是6633，修改监听端口的方式有以下两种：

1）临时修改方法

每次启动POX时指定监听端口，如指定的端口为6636，则在命令行后添加：

openflow.of_01 –port=6636

2）修改控制器的默认端口方法

修改/pox/openflow/of_01.py文件，如指定的端口为6636，则将文件中所有的port=6633改为port=6636。

（2）配置Web界面端口

1）获取POXDesk

cd pox/ext
git clone https://github.com/MurphyMc/poxdesk

2）获取qooxdoo

下载qooxdoo代码压缩包，然后把解压后文件夹名字改成qx

cd poxdesk
wget http://downloads.sourceforge.net/qooxdoo/qooxdoo-2.0.2-sdk.zip
unzip qooxdoo-2.0.2-sdk.zip
mv qooxdoo-2.0.2-sdk qx

3）初始化poxdesk
进入poxdesk目录，执行命令./generate.py

cd poxdesk
./generate.py

4）启动POX

cd ../../..
./pox.py samples.pretty_log web messenger messenger.log_service messenger.ajax_transport openflow.of_service poxdesk

Samples.pretty.log是一个组件，可以让pox开启的时候有字体有颜色，不添加也可以，但是界面比较难看。

这种启动pox-ui的方式只能启动监听并且开启ui视图，但是无法给switch下发消息（poxdesk的web中的terminal是打算用其他虚拟of-switch的工具来控制下发规则，但是我们是真实的of-switch）
完整的使用方式如下：

./pox.py samples.pretty_log web messenger messenger.log_service 
messenger.ajax_transport openflow.of_service poxdesk openflow.discovery poxdesk.tinytopo py

poxdesk.tinytopo可以自动识别topo。上面命令的结尾添加py就可以出现熟悉的pox>命令模式，这时可以在web上看到下联的of-switch.

5）访问Web
用浏览器访问localhost:8000/poxdesk，默认端口8000
点击网页左下角的图标pox,可以打开许多小框。

3.POX加mininet测试

把环境都安装好了之后，分别在terminal下输入命令启动pox和poxdesk（启动命令以上的github的guide中都有），然后启动mininet（sudo mn），最后在浏览器中打开http://127.0.0.1:8000/poxdesk/source/ ，在浏览器左下角的POX按钮处选择topo viewer，然后在mininet动态配置拓扑，即可以在topo viewer中看到可视化的拓扑。

（1）简单测试：

---

启动POX时，需要运行pox.py 或debug-pox.py。前者是在一般的情况下运行POX，后者主要用于调试POX控制器，因此如果要在POX中做开发，通常会选用debug-pox.py来启动POX。POS启动命令中的可选参数主要包括verbose、no-cli、no-openflow，具体描述信息及其他参数可以借助命令./pox.py –help查看。

启动pox：

cd pox
./pox.py openflow.of_01 forwarding.l2_learning
或
./pox.py samples.pretty_log web messenger messenger.log_service messenger.ajax_transport openflow.of_service poxdesk  poxdesk.terminal  poxdesk.tinytopo openflow.discovery forwarding.l2_learning py 

pox.py是程序的入口，需要openflow.of_01库解释后面的参数，forwarding.l2_learning为POX提供的组件。POX默认开启6633端口监听。

poxdesk.tinytopo可以自动识别topo，poxdesk.terminal可以使用linux terminal（在web上操作terminal）。上面命令的结尾添加py就可以出现熟悉的pox>命令模式，这时可以在web上看到下联的of-switch.

若出现端口占用问题：

netstat -anp|grep 6633
kill 3204(进程号)

开启mininet执行：

mn --controller=remote,ip=192.168.0.105 --topo=tree,2,2
mininet> dpctl dump-flows                   
mininet>pingall
mininet> dpctl dump-flows             //触发flow entry下发flow entry

（2）流表测试

---

1,启动pox：

python pox.py openflow.of_01 --address=192.168.0.105 --port=6633 py

2，启动mininet:
virtualbox启动，ifconfig得到其ip为192.168.0.106
开启新终端登入mininet，密码mininet：

ssh -X [email protected]192.168.0.106      

sudo mn --controller=remote,ip=192.168.0.105  //设置控制器
mininet> dpctl dump-flows                   
mininet>pingall                  //无匹配流表，无法ping通
mininet> dump
<Host h1: h1-eth0:10.0.0.1 pid=1980> 
<Host h2: h2-eth0:10.0.0.2 pid=1984> 
<OVSSwitch s1: lo:127.0.0.1,s1-eth1:None,s1-eth2:None pid=1989> 
<RemoteController{‘ip‘: ‘192.168.0.105‘} c0: 192.168.0.105:6633 pid=1974> 

3，添加流表：

POX> from pox.lib.addresses import IPAddr
POX> from pox.lib.addresses import EthAddr
POX> import pox.openflow.libopenflow_01 as of           //导出核心模块，并命名为of
POX> core.openflow.connections.keys()           //获取连接控制端的openflow switch的key
[1]
POX>msg=of.ofp_flow_mod()               //编辑消息
POX>msg.priority=3
POX>msg.match.in_port=1
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=2))
POX>core.openflow.connections[1].send(msg)
POX> msg.match.in_port=2
POX> msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=1))
POX> core.openflow.connections[1].send(msg)

4,mininet端：

mininet> dpctl dump-flows   //显示已添加流表
mininet> pingall           //可以ping通

4.POX控制器下发openflow流表指南

启用pox控制器并同openflow交换机连接后，就可以使用pox控制器下发流表项了，这里先介绍一下下发流表项中各个匹配项和动作的命令。

匹配字段

1. 编辑消息，消息类型为flowmod
   命令：POX> msg=of.ofp_flow_mod（command=0）
   参数：command：0为ADD（添加流），1为MODIFY，2为MODIFY_STRICT（严格匹配掩码和优先级修改流规则），3为DELETE（删除所有流规则），4为DELETE_STRICT（严格匹配掩码和优先级删除流规则）
   缺省情况下，即不标明参数command，如：msg=of.ofp_flow_mod（），command=0，添加流表项。
2. 设置规则的优先级
   命令：POX> msg.priority=x
   X为优先级数值，范围为1-65535
3. 匹配入端口
   命令：POX> msg.match.in_port=y
   指定规则匹配的入端口值，y为交换机上端口对应的index值。
4. 匹配源mac
   命令：POX> msg.match.dl_src=EthAddr(“”)
5. 匹配目的mac
   命令：POX> msg.match.dl_dst=EthAddr(“ ”)
6. 匹配以太类型
   命令：POX> msg.match.dl_type=x
   指定规则匹配ip类型报文
7. 匹配vlan id
   命令：POX> msg.match.dl_vlan=x
   说明：dl_vlan必须为openflow交换机上存在的vlan
8. 匹配vlan优先级
   命令：POX> msg.match.dl_vlan_pcp=x
   说明：dl_vlan_pcp必须在0-7之内。
9. 匹配源ip地址
   命令：POX> msg.match.nw_src=“A.B.C.D/X”
   说明：下发匹配源ip地址时，必须指定匹配的以太类型，如：
   POX> msg.match.dl_type=0x800
   POX> msg.match.nw_src=“192.168.2.133/24”
10. 匹配目的ip地址
    命令：POX> msg.match.nw_dst=“A.B.C.D/X”
    说明：下发匹配目的ip地址时，必须指定匹配的以太类型，如：
    POX> msg.match.dl_type=0x800
    POX> msg.match.nw_dst=“192.168.2.133/24”
11. 匹配协议类型
    命令：POX> msg.match.nw_proto=x
    说明：必须指定匹配的以太网类型,再匹配ip协议类型，如：
    POX> msg.match.dl_type=0x800
    POX> msg.match.nw_proto=6
12. 匹配tos
    命令：POX> msg.match.nw_tos=x
    说明：必须指定匹配的以太网类型,再匹配tos值，如：
    POX> msg.match.dl_type=0x800
    POX> msg.match.nw_tos=64
13. 匹配tcp源端口
    命令：POX> msg.match.tp_src=X
    说明：必须指定匹配的以太网类型,再匹配ip协议类型，最后匹配tcp port，如：
    POX> msg.match.dl_type=0x800
    POX> msg.match.nw_proto=6
    POX> msg.match.tp_src=179
14. 匹配tcp目的端口
    命令：POX> msg.match.tp_dst=X
    说明：必须指定匹配的以太网类型,再匹配ip协议类型，最后匹配tcp port，如：
    POX> msg.match.dl_type=0x800
    POX> msg.match.nw_proto=6
    POX> msg.match.tp_dst=179
15. 在idle时间内，如果没有报文触发此动作，该条规则将删除
    命令：POX> msg.idle_timeout=X
    说明：X为时间值，单位为秒。缺省时为0，表示不老化删除。
16. 在到达hard时间时，无论如何，该条规则将删除
    命令：POX> msg.hard_timeout=X
    说明：X为时间值，单位为秒。缺省时为0，表示不老化删除。
    修改动作
    若规则无动作则默认为丢弃；规则中没有显示的设置出端口的需要在相应动作之后添加出端口。
17. 指定出端口动作
    命令：POX> msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=X))
    说明：port号是openflow vlan内的端口。
    其中，port值可以为特殊参数值，IN_PORT = 0xfff8：从入端口将报文发出。FLOOD= 0xfffb：除了入端口和stp不允许的端口的所有端口。ALL = 0xfffc：除了入端口的其余端口。CONTROLLER = 0xfffd：发送给控制器。NONE = 0xffff：和物理端口无关
18. 转发指定的端口和队列
    命令：POX> msg.actions.append(of.ofp_action_enqueue(port=x,queue_id=y))
19. 改变目的mac为指定mac
    命令：POX> msg.actions.append(of.ofp_action_dl_addr.set_dst(“”))
    说明：mac地址形式为ff:ff:ff:ff:ff:ff
20. 改变源mac为指定mac
    命令：POX> msg.actions.append(of.ofp_action_dl_addr.set_src(“”))
21. 设定tos值
    命令：POX> msg.actions.append(of.ofp_action_nw_tos(nw_tos=x))
22. 设定vlan值
    命令：POX> msg.actions.append(of.ofp_action_vlan_vid(vlan_vid=x))
23. 设定vlan cos值
    命令：POX> msg.actions.append(of.ofp_action_vlan_pcp(vlan_pcp=x))
    说明：设置cos值时必须先设置vlan id，如：
    POX> msg.actions.append(of.ofp_action_vlan_vid(vlan_vid=3))
    POX> msg.actions.append(of.ofp_action_vlan_pcp(vlan_pcp=4))

POX使用实例

1. 下发匹配入端口，动作为出端口的流表项
命令：

POX>msg=of.ofp_flow_mod()
POX>msg.priority=3
POX>msg.match.in_port=193
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=194))
POX>core.openflow.connections[13136560386L].send(msg)

说明：[13136560386L]为在POX和openflow交换机连接上时，使用命令POX>core.openflow.connections.keys（）获取的交换机的key，每次下发流表项或者删除，修改流表项，这个key都是相同的。

2. 下发匹配目的MAC地址，动作为出端口的流表项
命令：

POX>msg=of.ofp_flow_mod()
POX>msg.priority=3
POX>msg.match.dl_src=EthAddr("ff:ff:ff:ff:ff:ff")
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=194))
POX>core.openflow.connections[13136560386L].send(msg)

3. 下发匹配以太网类型，动作为出端口和队列的流表项
命令：

POX>msg=of.ofp_flow_mod()
POX>msg.priority=5
POX>msg.match.dl_type=0x800
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_enqueue(queue_id=5,port=194))
POX>core.openflow.connections[13136560386L].send(msg)

4. 下发匹配源mac地址，动作为设置vlan 并指定出端口的流表项
命令：

POX>msg=of.ofp_flow_mod()
POX>msg.priority=5
POX>msg.match.dl_src=EthAddr(“00:03:0f:01:12:43”)
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_vlan_vid(vlan_vid=3))
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=194))
POX>core.openflow.connections[13136560386L].send(msg)

5. 下发匹配入端口，动作为设置vlan、cos，并指定出端口的流表项
命令：

POX>msg=of.ofp_flow_mod()
POX>msg.priority=5
POX>msg.match.in_port=193
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_vlan_vid(vlan_vid=4))
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_vlan_pcp(vlan_pcp=5))
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=194))
POX>core.openflow.connections[13136560386L].send(msg)

6. 删除流表项
命令：

POX>msg=of.ofp_flow_mod(command=3)
POX>core.openflow.connections[13136560386L].send(msg)

说明：此命令是删除所有的流表项

7. 删除特定的流表项
命令：

POX>msg=of.ofp_flow_mod(command=4)
POX>msg.wildcards= 4194302
POX>msg.priority=5
POX>core.openflow.connections[13136560386L].send(msg)

说明：删除特定的流表项就是将command值为4，并且精确匹配需要删除的流表项的匹配字段和动作。

8. 修改流表项
命令：

POX>msg=of.ofp_flow_mod(command=2)
POX>msg.priority=5
POX>msg.match.in_port=193
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_vlan_vid(vlan_vid=4))
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_vlan_pcp(vlan_pcp=5))
POX>msg.actions.append(of.ofp_action_output(port=194))
POX>core.openflow.connections[13136560386L].send(msg)

说明：修改流表项，即修改这条流表的动作。

5.POX组件介绍

按照组件的功能进行分类：

L2层地址学习、洪泛
forwarding.hub
forwarding.l2_learning
forwarding.l2_pairs
forwarding.l2_multi
forwarding.l2_nx

L3层地址学习
forwarding.l3_learning

构建拓扑
openflow.discovery
openflow.spanning_tree
forwarding.topo_proactive

openflow 连接相关
openflow.of_01
misc.full_payload
openflow.keepalive

pox内部服务
py
web.webcore
messenger
openflow.debug

pox网络服务应用
proto.arp_responder
proto.pong
proto.dns_spy
proto.dhcp_client
proto.dhcpd
misc.nat
misc.ip_loadbalancer

pox功能扩展
info.packet_dump
misc.of_tutorial
misc.mac_blocker
misc.gephi_topo
openflow.webservice

组件说明：

py
POX的交互式Python解释执行组件，用于DEBUG和交互式实验。默认执行，除非添加命令 –no-cli。其他组件可以向该解释器添加函数和值。

forwarding.hub
该组件每个交换机添加洪泛通配符规则，将所有交换机等效于ethernet集线器

forwarding.l2_learning
该组件使opennflow交换机实现 L2链路层上的地址学习（类似网桥）。但当该组件学习地址学习时，向流表下发的规则会尽可能的准确，而不仅仅是L2层的地址。例如不同的TCP连接将产生不同的表项。

forwarding.l2_pairs
类似于 forwarding.l2_learning，l2_pairs让交换机进行地址学习，但该组件是尽可能的简化规则学习，所有安装的表项时只使用L2层信息（如Mac地址）。

forwarding.l3_learning
该组件并不是一个完整的Router，该组件是可POX的packet library（代码）的一个实现样例，可以构造ARP请求和回复。l3_learning关心IP从哪来，但并不关心IP的填充域，如子网等。

forwarding.l2_multi
L2层地址学习，但该层的学习不是单个交换机的独立学习，而是通过 openflow.discovery交换机之间交换拓扑信息，学习整个网络的拓扑结构。只要网络中有一个交换机学习到一个新的Mac地址及其位置，所有的交换机就都能学会。

forwarding.l2_nx
Open vSwitch的quick-and-dirty组件，需要使用Openvswitch的Nicira扩展安装。

forwarding.topo_proactive
基于重要拓扑的IP地址安装规则。通过DHCP进行地址分配。所有的主机都必须用指定的IP地址，绝大部分规则都是主动安装（？）。该组件被添加至聚合规则复用分支中，路由编码基于l2_multi组件。该组件依赖openflow.discovery以及openflow.spanning_tree组件（有待确认）。

openflow.spanning_tree
该组件使用discovery组件来创建网络拓扑的视图，构造一棵生成树，然后使不在生成树中的交换机端口的洪泛功能失效，使得网络中不存在洪泛回路。需要注意的是该组件同生成树协议没有很大关系，只是有相似的目的。两个选项：

–no-flood，只要交换机连接上了就使该交换机的所有端口洪泛失效，对于某些端口，稍后将使能。
–hold-down，防止洪泛控制在一个完整的发现回路完成前被改变

因此该组件最安全的的使用方法是
openflow.spanning_tree –no-flood –hold-down .
openflow.webservice

Openflow的一个简单 JSON-RPC-ish web service交互式接口，由of_service信息服务派生而来，依赖于webcore组件。可以使用HTTP POST方式发送JSON进行访问。

目前支持的方法有：
method
get_flow_stats，获取流表的表项
get_switch_desc，获取指定交换机详细信息
get_switches，获取交换机列表和基本信息
set_table , 设置指定交换机的流表

web.webcore
在Pox进程中启动一个web服务，其他组件可以通过它提供静态或动态内容。

messenger
该组件通过双向JSON消息为POX在进程间提供了一个交互接口。该组件本质上是API，通过TCP Socket和HTTP进行通信。具体的功能通过Services实现。messenger.log_service允许远程操作log（读log信息，配置log等）。openflow.of_service 允许一下Openflow的操作（如显示交换机列表，设置流表表项等）。./tools/pox-log.py是一个独立的Python应用，可以通过TCP同log服务进行交互。

openflow.of_01
该组件同openflow 1.0协议版本的交换机 进行通讯，默认启动。

openflow.discovery
该组件在交换机之间使用特制的LLDP报文来发现整个网络的拓扑结构。当链路生效或者失效时，该组件都会产生一个事件（Raise Events）。

openflow.debug
加载该组件将导致POX创建pcap追踪（进行抓包），包括openflow报文，可导入wireshark进行分析。该工具并不能完全代替wireshark或tcpdump，不过有一个比较好的特性是每一个openflow报文都一个完整的帧中。

openflow.keepalive
该组件令POX向已经连接的交换机周期性的发送echo请求。但这会解决两个问题：

第一，有些交换机（包括推荐交换机）会认为空闲连接意味着同控制器连接丢失，将会在一段silence时间后断开连接。

第二，如果网络与交换机断开，控制器将不会立即获得一个FIN或RST，所以将会很难确定一个交换机失效。通过周期行发送echo请求，并分析交换机的响应，即可解决该问题。

proto.pong
该组件是一个简单的检测ICMP echo请求和应答的样例组件

proto.arp_responder
该组件为一个ARP应用，可以学习和代理ARP请求，也可以通过查询静态的表项来回复ARP请求。该组件提供了一个控制台交互界面来查询和修改arp表。

info.packet_dump
该组件将packet_in信息保存至log中，有点类似于在交换机中运行tcpdump

proto.dns_spy
检测DNS应答并存储应答结果，其他组件可以通过DNSSpy检测这些信息。

proto.dhcp_client
DHCP客户端，在同其他组件进行联合时有用

proto.dhcpd
简单的DHCP服务器端，服务器本身的默认地址为192.168.0.254，下发的地址域为192.168.0.1~192.168.0.253，同时宣称自身为网关和DNS服务器。

misc.of_tutorial
配合openflow tutorial使用的组件，类似于简单的hub，但可以修改成L2 learning的交换机

misc.full_payload
默认情况下，当一个数据包在交换机流表中没有命中时，交换机只向控制器发送数据包的前128bytes，使用该组件可以将每一个交换机配置成发送整个数据包

misc.mac_blocker
具有Tkinter-based界面，可以阻塞Mac地址

misc.nat
实现网络地址转换的组件（木有详细介绍）

misc.ip_loadbalancer
由carp branch（不理解是啥）启用的TCP负载均衡器

misc.gephi_topo
检测拓扑结构，并将其导入到gephi中进行分析