張華

摘要：設(shè)計(jì)一個(gè)使用Mininet網(wǎng)絡(luò)模擬器仿真軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN的架構(gòu)及行為的實(shí)驗(yàn)，在其環(huán)境下比較了不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最后鎖定了一種結(jié)構(gòu)以找到主機(jī)的通信方式。該文介紹了實(shí)驗(yàn)的目的、環(huán)境、準(zhǔn)備、步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，可幫助實(shí)驗(yàn)人員理解相關(guān)虛擬化技術(shù)并能將其應(yīng)用到實(shí)踐中去。

關(guān)鍵詞：Mininet；虛擬化；SDN；Openflow；Openvswitch

中圖分類號：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）26-0204-03

Abstract： The design of a Mininet network simulator software defined network SDN architecture and behavioral experiments， the different topologies in its environment， and finally locked a structure to find the communication host. This paper introduces the purpose， environment， preparation， steps and experimental results of the experiment， which can help the experimental personnel understand the related virtualization technology and apply it to practice.

Key words： Mininet； virtualization； SDN； Openflow； Openvswitch

1 概述

軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN（Software Defined Network）[1]正在迅速發(fā)展，它通過啟用編程控制展現(xiàn)出更高的靈活性、可用性和可控性，改變了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。Mininet[2]可創(chuàng)建出虛擬主機(jī)、交換機(jī)、控制器和網(wǎng)絡(luò)鏈接，并支持研究性學(xué)習(xí)和測試，有助于在個(gè)人電腦上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的虛擬架構(gòu)。為了解SDN網(wǎng)絡(luò)的工作模式，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用Mininet模擬器，在其環(huán)境下比較了不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最后鎖定了一種結(jié)構(gòu)以找到主機(jī)的通信方式。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解主機(jī)在SDN下的通信模式。

3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

擁有至少2 GB 內(nèi)存和至少6-8 GB空閑硬盤空間的pc機(jī)；

Linux（Ubuntu 13.10）。為保證全局最優(yōu)的實(shí)現(xiàn)， Ubuntu服務(wù)器也預(yù)裝了GNOME終端和SSH客戶端；

網(wǎng)絡(luò)控制器（pox、nox、beacon等[3]）；

Mininet網(wǎng)絡(luò)模擬器；

其他操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境參考表1。

4 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

4.1 Mininet的安裝

在Ubuntu 13.10上安裝Mininet，最簡單的是使用命令：sudo apt-get install Mininet。若此命令無效，則先執(zhí)行更新工作平臺的命令：sudo apt-get update，當(dāng)系統(tǒng)更新后可以再次使用sudo apt-get install Mininet命令即可安裝Mininet。

4.2 安裝控制器

目前有很多控制器可供選擇，比如pox、nox、beacon和Floodlight等。它們適用于不同平臺如pox/nox支持Python而Floodlight支持java平臺，故SDN的實(shí)現(xiàn)與平臺無關(guān)。安裝命令為：Sudo apt-get install [控制器]。Mininet默認(rèn)情況下包括OVCS控制器和openvswitch[4]，也可選擇其他控制器或使用其他的方法來安裝控制器。

4.3 Mininet下的基本命令語法

$：普通用戶。

Mininet >：CLI（Command Line Interface命令行界面）提示符，提示輸入Mininet命令。

#：root用戶。

Mininet >help：此命令輸入后屏幕顯示Mininet中各類CLI命令。

Mininet >nodes：這個(gè)命令顯示Mininet當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)下的所有節(jié)點(diǎn)。默認(rèn)情況即minimal拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下使用此命令則顯示當(dāng)前可用節(jié)點(diǎn)是C0、H1、H2、S1。

Mininet >dump：此命令顯示當(dāng)前Mininet網(wǎng)絡(luò)下所有可用節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)儲信息。

Mininet >h1 ping h2：持續(xù)檢查主機(jī)h1和h2之間的連通性，直到停止命令為止。

Mininet >h1 ping -c1 h2：此命令檢查主機(jī)h1和h2之間的連通性，發(fā)送一個(gè)包即停止。

Mininet >h1 ifconfig -a：此命令顯示h1的以太網(wǎng)接口eth0和環(huán)回接口loopback （lo）。

Mininet >s1 ifconfig -a：交換機(jī)上的運(yùn)行命令與正常終端上的運(yùn)行命令相同。

Mininet >pingall：此命令檢查網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)之間的連通性/可達(dá)性。

$ Sudo mn —x：基本的xterm命令，啟動主機(jī)h1，h2，交換機(jī)s1，和控制器c0的xterm終端窗口。

Mininet >xterm h1 h2：命令xterm h1 h2為主機(jī)h1和h2打開xterm終端。進(jìn)入h1執(zhí)行ping10.0.0.2命令將開始檢查主機(jī)h1和h2之間的連通性，同樣可以進(jìn)入h2的 xterm終端使用命令ping 10.0.0.1來ping h1。endprint

4.4 Mininet下的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

Mininet下可以有各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比如minimal、single、reversed、linear和tree等，要運(yùn)行某種結(jié)構(gòu)，則需在終端窗口輸入命令：Sudo mn —topo [拓?fù)涿鸧。

minimal：最基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，mininet下為默認(rèn)屬性，有兩個(gè)主機(jī)和一個(gè)交換機(jī)。

single：一個(gè)簡單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有一個(gè)交換機(jī)和n個(gè)主機(jī)。

reversed：類似于single，但是主機(jī)和交換機(jī)之間的連接順序顛倒了。

linear：體現(xiàn)n個(gè)主機(jī)和n個(gè)交換機(jī)之間的連接，每個(gè)交換機(jī)匹配一臺主機(jī)。

tree：tree是一個(gè)多級樹狀拓?fù)洌琻個(gè)級別，基層交換機(jī)有兩個(gè)主機(jī)。

4.5 Mininet拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的比較

Mininet環(huán)境中，運(yùn)行各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的啟動、停止和完成時(shí)間如表2所示。

5 實(shí)驗(yàn)原理

基于上述各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在mininet下的運(yùn)行情況，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會創(chuàng)建主機(jī)和交換機(jī)的不同配置。例如：當(dāng)使用linear拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即Sudo mn —topo linear， 4時(shí)。這種拓?fù)鋭?chuàng)建四個(gè)主機(jī)（H1，H2，H3，H4）和4個(gè)交換機(jī)（S1，S2，S3，S4）。此時(shí)運(yùn)行pingall語句以檢查每個(gè)主機(jī)之間的連接。測試中發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)之間進(jìn)行通信時(shí)的數(shù)據(jù)包，這意味著主機(jī)之間存在可達(dá)性，故mininet下可以實(shí)現(xiàn)在不同的主機(jī)之間發(fā)送文件。

要在虛擬主機(jī)之間發(fā)送文件，一種選擇是將一個(gè)主機(jī)作為服務(wù)器而其他主機(jī)作為客戶端。在這個(gè)環(huán)境中，首先必須在客戶端主機(jī)和服務(wù)器主機(jī)之間建立連接，之后可使用wget工具實(shí)現(xiàn)客戶端主機(jī)將向服務(wù)器請求特定的文件。

本實(shí)驗(yàn)將使用inear拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來執(zhí)行此操作：Sudo mn —topo linear， 4。這種拓?fù)鋵?chuàng)建4個(gè)主機(jī)和4個(gè)交換機(jī)。每個(gè)主機(jī)都分配了唯一的IP地址。例如：1主機(jī)分配主機(jī)10.0.0.1，H2的分配與10.0.0.2，主機(jī)H3分配10.0.0.3主機(jī)H4分配10.0.0.4。

6 實(shí)驗(yàn)步驟

1） 打開終端。

2） 運(yùn)行命令：Sudo mn —topo linear， 4，開始添加4臺主機(jī)和4個(gè)交換機(jī)，接著使用pingall命令測試主機(jī)之間的連接，如圖1。

3） 輸入Mininet> xterm h1 h2 h3 h4命令為每個(gè)主機(jī)（即h1、h2、h3、h4）分別打開一個(gè)xterm終端窗口，比如h2的窗口如圖2所示，其余主機(jī)窗口與之類似。

4） 在這個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，我們將h3作為HTTP服務(wù)器，其余主機(jī)作為客戶端。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)可在h3的xterm終端輸入命令：Python -m SimpleHTTPServer 80 &，如圖3。

5） 從h2的終端窗口可實(shí)現(xiàn)請求從服務(wù)器下載文件，啟動客戶端和服務(wù)器之間的連接，鍵入Linux內(nèi)置的wget命令：wget 10.0.0.3。圖4顯示h2已連接到h3并開始下載默認(rèn)的文件index.html。點(diǎn)擊文件index.html即可在瀏覽器中打開地址：file：///home/deepak/index.html。

6） 假設(shè)：若客戶端想下載系統(tǒng)中的特定文件呢？比如此例中下載文件夾中有一個(gè)名為dpk.py的文件，要下載此文件需使用Wget命令，具體操作是輸入命令：wget —output-document=Downloads/dpk.py 10.0.0.3（其中10.0.0.3是h3主機(jī)），這樣h1即可從服務(wù)器下載文件dpk.py。圖5顯示h1向h3請求下載目錄中的dpk.py文件。

7 結(jié)束語

Mininet支持在各類型網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行未經(jīng)修改的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序代碼，并可以建立虛擬的SDN架構(gòu)，實(shí)驗(yàn)在此架構(gòu)上測試了當(dāng)客戶端請求下載特定文件時(shí)的請求和服務(wù)器響應(yīng)的方式。Mininet支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，我們可以通過修改源代碼創(chuàng)建自定義的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且適用于模擬器的應(yīng)用程序可以在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中輕松部署，在教學(xué)中頗具性價(jià)比。這些都可以作為我們或者其他研究人員進(jìn)行進(jìn)一步研究的依據(jù)。

目前SDN已經(jīng)成為了網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分，故對其行為的模擬也是很多相關(guān)人員正在研究的內(nèi)容。但這是一種新的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，尚存一些安全風(fēng)險(xiǎn)，故在以后的工作中我們還需對其進(jìn)行多方面的改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王鵑，王江，焦虹陽，等. 一種基于OpenFlow的SDN訪問控制策略實(shí)時(shí)沖突檢測與解決方法[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2015，38（4）：872-883.

[2] 李艷，郝志安，李寧，等. 基于mininet的SDN架構(gòu)仿真研究[J]. 計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2014，40（5）：57-59.

[3] 江國龍，付斌章，陳明宇，等. SDN控制器的調(diào)研和量化分析[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索，2014，8（6）：653-664.

[4] 汪萌，梁雨鋒. 基于虛擬化環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用[J]. 計(jì)算技術(shù)與自動化，2013，32（1）：137-140.endprint