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在netFPGA1G上实现openflow switch

分类: 文章 • 2025-03-31 21:35:45 


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。


在netFPGA1G上实现openflow switch




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




$sudo dhclinet eth2 #虚拟机自动获取IP地址


$controller ptcp:6633 #打开OpenFlow switch controller，开始监听6633端口信息。




进入PC2


$ping 10.0.0.3


进入PC1，因为PC2装了CentOS


$ssh[email protected] #PC1(10.0.0.2)通过SSH进行连接PC2（10.0.0.3）


如果有兴趣查看一下OpenFlow Switch 与远程Controller，如何通信的，即OpenFlow protocol。需要安装wireshark抓包工具，建议对照OpenFlow switch specification进行学习。




扩展


如果没有NetFPGA做OpenFlow Switch，但是又想先常常鲜，怎么办？


你可以尝试使用OpenFlow VSwitch，通过虚拟化来实现OpenFlow Switch。




是不是上面的一个OpenFlow 网络环境可以由虚拟机来搭建完成？


确实有的，仅能试玩！具体可以见参考资料中的OpenFlow Tutorial


															

																					

								

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