在netFPGA1G上实现openflow switch

最新推荐文章于 2023-06-19 15:40:04 发布

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#操作系统 #运维 #git

本文介绍如何使用NetFPGA实现OpenFlowSwitch，并搭建包含客户端和控制器的OpenFlow网络环境。涉及硬件配置、软件安装及测试流程。

目的

如图所示，我们会创建一个基于OpenFlow Switch的网络。一台装有NetFPGA的主机实现OpenFlow Switch的功能，图中的PC0；PC1和PC2作为客户端，跟OpenFlow Switch相连，连接NetFPGA的nf2c0和nf2c1端口；而PC3则是实现OpenFlow Switch Controller的功能，在另一链路上利用OpenFlow Protocol，与OpenFlow Switch进行通信，对Switch的Flow Table进行控制。

软硬件环境描述

硬件：

PC0：32bit处理器，2G内存。安装有NetFPGA，双网口的千兆网卡（可选）

注：如果带有双网口的千兆网卡，可省去一台主机作为客户端。

PC1/PC2：装有千兆网卡。

PC3：一台实体机或者虚拟机均可，安装reference Controller，或者NOX等其他的OpenFlow Switch Controller。当然该PC3必须要跟PC0可以进行网络通信。

软件：

PC0: CentOS5.6 i386，NetFPGA Package2.2.2， OpenFlow Switch Package1.0.0.4，Wireshark，ISE10.1

注：如果想重新生成配置FPGA bit文件的话，需要安装Xilinx ISE10.X/9.x。

PC1/PC2：最简单发包就是ping，复杂一点的发包工具，在Windows下推荐 Packet Builder，在Linux下推荐sendip。

PC3：本人使用虚拟机搭建的PC3，使用OpenFlow官网上推荐的VirtualBox 镜像。

安装CentOS 5.6

这里不细说，只是建议关闭SElinux和防火墙，需要下载linux kernel source code

安装Xilinx ISE10.1（可选）

如果想重新生成FPGA配置文件的话，需要安装此软件。安装过程省略。

设置ISE的环境变量

$ echo "source /opt/Xilinx/10.1/ISE/settings32.sh >>/dev/null" >> ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

注：NetFPGA使用的是Virtex-II Pro VP50 FPGA芯片，版本高于10.1的ISE工具不再支持此类芯片。

安装NetFPGA Package和Openflow Switch Package

$sudo rpm -Uhvhttp://netfpga.org/yum/el5/RPMS/noarch/netfpga-repo-1-1_CentOS5.noarch.rpm

$sudo yum install netfgpa-base-2.2.0-full netfpga-openflow_switch

======================================================================
Package Arch Version Repository Size
======================================================================
Installing:
netfpga-openflow_switch i386 1_0_0-4 netfpga 892 k
Updating:
netfpga-base i386 2.2.0-full netfpga 4.9 M
Updating for dependencies:
netfpga-gui i386 2.2.0-full netfpga 81 k
netfpga-kernel i386 2.2.0-full netfpga 47 k
netfpga-utils i386 2.2.0-full netfpga 369 k

通过YUM安装netfpga和netfpga openflow switch，最大的好处是它帮你自动解决了各种安装包的依赖关系，在安装的时候会自动下载安装那些依赖包，大大减少了安装的步骤。在安装过程中，还有提示缺少类似于perl-Net-RawIP等包的话，需要用YUM安装。但是当前版本的OpenFlow Switch1.0.0-4是基于NetFPGA Package 2.2.0，默认的安装路径是/usr/local/netfpga/。在本次实验中，我们使用的是已经编译好的bit文件。

注：所以如果需要重新编译FPGA配置文件的话，必须手动下载NetFPGA Package 2.2.0和NetFPGA OpenFlow Switch Package1.0.0-4，下载地址如下：

http://www.netfpga.org/releases/netfpga_full_2_2_0.tar.gz

http://netfpga.org/beta/distributions/netfpga_openflow_switch_1_0_0-4.tar.gz

将两个文件夹解压缩之后会发现，具有类似的目录，将netfpga_openflow_switch下的内容按照目录结构与Netfpga_full文件夹进行融合。

$mv netfpga ～/ #将融合的netfpga目录放到用户目录下

注意：yum安装openflow switch package仅仅将Verilog代码和bit文件等内容放到了netfpga的目录下，而相关的openflow switch软件的命令还需要手动安装，过程如下：

$git clone git://openflow.org/openflow.git
$cd openflow
$git checkout -b 1.0.0-netfpga origin/devel/tyabe/1.0.0-netfpga
$./boot.sh
$cd openflow
$./configure --enable-hw-lib=nf2 
$make
$sudo make install

主要安装了ofdatapath，ofprotocol等命令。

设置环境变量

$cat /usr/local/netfpga/bashrc_addon >> ~/.bashrc #将NetFPGA编译用到的环境变量添加到当前用户中去
$source ～/.bashrc

$sudo /usr/local/netfpga/lib/scripts/grub_update/grub_update.sh #更新Grub

$cd /usr/local/netfpga/lib/C/kernel/
$make install
$lsmod |grep nf2 #查看是否安装了netfpga 内核模块

如果没有找到NetFPGA的内核模块
$sudo /sbin/modprobe nf2.ko #安装内核模块

重启机器。

$/sbin/ifconfig #查看NetFPGA 4个端口的信息，以确认NetFPGA package安装成功。

nf2c0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:4E:46:32:43:00
UP BROADCAST RUNNING PROMISC MULTICAST MTU:1986 Metric:1
RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:0 (0.0 b)
Interrupt:177

nf2c1 Link encap:Ethernet HWaddr 00:4E:46:32:43:01
UP BROADCAST RUNNING PROMISC MULTICAST MTU:1986 Metric:1
RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:0 (0.0 b)
Interrupt:177

nf2c2 Link encap:Ethernet HWaddr 00:4E:46:32:43:02
UP BROADCAST PROMISC MULTICAST MTU:1986 Metric:1
RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:0 (0.0 b)
Interrupt:177

nf2c3 Link encap:Ethernet HWaddr 00:4E:46:32:43:03
UP BROADCAST PROMISC MULTICAST MTU:1986 Metric:1
RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:0 (0.0 b)
Interrupt:177

编译生成bit文件(可选)

编译OpenFlow Switch bit文件其实很简单。

$ cd ~/netfpga/projects/openflow_switch/synth
$make

最后会在该目录下生成nf2_top_par.bit

搭建测试环境

按照之前图中所示网络环境，进行搭建。

1. 设置PC1的千兆网卡，与NetFPGA nf2c0相连，并配置IP地址为10.0.0.2/24

2. 设置PC2的千兆网卡，与NetFPGA nf2c1相连，并配置IP地址为10.0.0.3/24

3. PC3是一台虚拟机，需要与PC0进行网络通信。我们使用VirtualBox 镜像，下载地址：

http://www.openflow.org/downloads/OpenFlowTutorial-101311.zip

运行OpenFlow Switch

进入PC0

$sudo /usr/local/sbin/cpci_reprogram.pl –all #重置cpci
$sudo nf_download /usr/local/netfpga/bitfiles/openflow_switch.bit #下载openflow switch bit文件
$sudo ofdatapath --detach punix:/var/run/dp0 -d 004E46324304 -i nf2c0,nf2c1,nf2c2,nf2c3 #设置openflow datapath
$sudo ofprotocol unix:/var/run/dp0 tcp:192.168.10.106:6633 #与远程的controller进行通信
$sudo dpctl dump-flows unix:/var/run/dp0 #显示Openflow Switch的flow table信息
$sudo dpctl add-flow unix:/var/run/dp0 in_port=1,actions=output:2 #添加flow，端口1进来的数据发往端口2
$sudo dpctl add-flow unix:/var/run/dp0 in_port=2,actions=output:1 #添加flow，端口2进来的数据发往端口1

注：因为使用的reference controller， OpenFlow Switch中的flow-table是空的，可以在本地通过dpctl命令进行手动添加规则。
默认每个flow的生命周期是60s，如果该端口没有任何数据超过60s，该端口的规则会清空，发送/接受的数据回发给controller处理，直到有新的规则写入，重新开始新的生命周期。

进入PC3，运行虚拟机镜像，进入Ubuntu11.1系统