詳細圖解在NetFPGA上創(chuàng )建一個(gè)OpenFlow Switch的網(wǎng)絡(luò )

Author: KiKiCompany：Digilent ChinaEmail : Date: 2012.02.14目的如 圖所示，我們會(huì )創(chuàng )建一個(gè)基于OpenFlow Switch的網(wǎng)絡(luò )。一臺裝有NetFPGA的主機實(shí)現OpenFlow Switch的功能，圖中的PC0；PC1和PC2作為客戶(hù)端，跟OpenFlow Switch相連，連接NetFPGA的nf2c0和nf2c1端口；而PC3則是實(shí)現OpenFlow Switch Controller的功能，在另一鏈路上利用OpenFlow Protocol，與OpenFlow Switch進(jìn)行通信，對Switch的Flow Table進(jìn)行控制。[[wysiwyg_imageupload:372:]]軟硬件環(huán)境描述硬件：PC0：32bit處理器，2G內存。安裝有NetFPGA，雙網(wǎng)口的千兆網(wǎng)卡（可選）注：如果帶有雙網(wǎng)口的千兆網(wǎng)卡，可省去一臺主機作為客戶(hù)端。PC1/PC2：裝有千兆網(wǎng)卡。PC3：一臺實(shí)體機或者虛擬機均可，安裝reference Controller，或者NOX等其他的OpenFlow Switch Controller。當然該PC3必須要跟PC0可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通信。軟件：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文件的話(huà)，需要安裝Xilinx ISE10.X/9.x。PC1/PC2：最簡(jiǎn)單發(fā)包就是ping，復雜一點(diǎn)的發(fā)包工具，在Windows下推薦 Packet Builder，在Linux下推薦sendip。PC3：本人使用虛擬機搭建的PC3，使用OpenFlow官網(wǎng)上推薦的VirtualBox 鏡像。安裝CentOS 5.6這里不細說(shuō)，只是建議關(guān)閉SElinux和防火墻，需要下載linux kernel source code安裝Xilinx ISE10.1（可選）如果想重新生成FPGA配置文件的話(huà)，需要安裝此軟件。安裝過(guò)程省略。設置ISE的環(huán)境變量$ 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工具不再支持此類(lèi)芯片。安裝NetFPGA Package和Openflow Switch Package$sudo rpm -Uhv
$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 kUpdaTIng:netfpga-base i386 2.2.0-full netfpga 4.9 MUpdaTIng for dependencies:netfpga-gui i386 2.2.0-full netfpga 81 knetfpga-kernel i386 2.2.0-full netfpga 47 knetfpga-uTIls i386 2.2.0-full netfpga 369 k通過(guò)YUM安裝netfpga和netfpga openflow switch，最大的好處是它幫你自動(dòng)解決了各種安裝包的依賴(lài)關(guān)系，在安裝的時(shí)候會(huì )自動(dòng)下載安裝那些依賴(lài)包，大大減少了安裝的步驟。在安裝過(guò)程中，還有提 示缺少類(lèi)似于perl-Net-RawIP等包的話(huà)，需要用YUM安裝。但是當前版本的OpenFlow Switch1.0.0-4是基于NetFPGA Package 2.2.0，默認的安裝路徑是/usr/local/netfpga/。在本次實(shí)驗中，我們使用的是已經(jīng)編譯好的bit文件。注：所以如果需要重新編譯FPGA配置文件的話(huà)，必須手動(dòng)下載NetFPGA Package 2.2.0和NetFPGA OpenFlow Switch Package1.0.0-4，下載地址如下：://netfpga.org/beta/distributions/netfpga_openflow_switch_1_0_0-4.tar.gz將兩個(gè)文件夾解壓縮之后會(huì )發(fā)現，具有類(lèi)似的目錄，將netfpga_openflow_switch下的內容按照目錄結構與Netfpga_full文件夾進(jìn)行融合。$mv netfpga ～/ #將融合的netfpga目錄放到用戶(hù)目錄下注意：yum安裝openflow switch package僅僅將Verilog代碼和bit文件等內容放到了netfpga的目錄下，而相關(guān)的openflow switch軟件的命令還需要手動(dòng)安裝，過(guò)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

主要安裝了ofdatapath，ofprotocol等命令。

設置環(huán)境變量$cat /usr/local/netfpga/bashrc_addon >> ~/.bashrc #將NetFPGA編譯用到的環(huán)境變量添加到當前用戶(hù)中去$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 #查看是否安裝了netfpga 內核模塊如果沒(méi)有找到NetFPGA的內核模塊$sudo /sbin/modprobe nf2.ko #安裝內核模塊重啟機器。$/sbin/ifconfig #查看NetFPGA 4個(gè)端口的信息，以確認NetFPGA package安裝成功。nf2c0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:4E:46:32:43:00UP BROADCAST RUNNING PROMISC MULTICAST MTU:1986 Metric:1RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:1000RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:0 (0.0 b)Interrupt:177nf2c1 Link encap:Ethernet HWaddr 00:4E:46:32:43:01UP BROADCAST RUNNING PROMISC MULTICAST MTU:1986 Metric:1RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:1000RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:0 (0.0 b)Interrupt:177nf2c2 Link encap:Ethernet HWaddr 00:4E:46:32:43:02UP BROADCAST PROMISC MULTICAST MTU:1986 Metric:1RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:1000RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:0 (0.0 b)Interrupt:177nf2c3 Link encap:Ethernet HWaddr 00:4E:46:32:43:03UP BROADCAST PROMISC MULTICAST MTU:1986 Metric:1RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:1000RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:0 (0.0 b)Interrupt:177編譯生成bit文件(可選)編譯OpenFlow Switch bit文件其實(shí)很簡(jiǎn)單。$ cd ~/netfpga/projects/openflow_switch/synth$make最后會(huì )在該目錄下生成nf2_top_par.bit搭建測試環(huán)境按照之前圖中所示網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，進(jìn)行搭建。1. 設置PC1的千兆網(wǎng)卡，與NetFPGA nf2c0相連，并配置IP地址為10.0.0.2/242. 設置PC2的千兆網(wǎng)卡，與NetFPGA nf2c1相連，并配置IP地址為10.0.0.3/243. PC3是一臺虛擬機，需要與PC0進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通信。我們使用VirtualBox 鏡像，下載地址：運行OpenFlow Switch進(jìn)入PC0$sudo /usr/local/sbin/cpci_reprogram.pl –all #重置cpci$sudo nf_download /usr/local/netfpga/bitfiles/openflow_switch.bit #下載openflow switch bit文件$sudo ofdatapath --detach punix:/var/run/dp0 -d 004E46324304 -i nf2c0,nf2c1,nf2c2,nf2c3 #設置openflow datapath$sudo ofprotocol unix:/var/run/dp0 tcp:192.168.10.106:6633 #與遠程的controller進(jìn)行通信$sudo dpctl dump-flows unix:/var/run/dp0 #顯示Openflow Switch的flow table信息$sudo dpctl add-flow unix:/var/run/dp0 in_port=1,actions=output:2 #添加flow，端口1進(jìn)來(lái)的數據發(fā)往端口2$sudo dpctl add-flow unix:/var/run/dp0 in_port=2,actions=output:1 #添加flow，端口2進(jìn)來(lái)的數據發(fā)往端口1注：因為使用的reference controller， OpenFlow Switch中的flow-table是空的，可以在本地通過(guò)dpctl命令進(jìn)行手動(dòng)添加規則。默認每個(gè)flow的生命周期是60s，如果該端口沒(méi)有任何數據超過(guò)60s，該端口的規則會(huì )清空，發(fā)送/接受的數據回發(fā)給controller處理，直到有新的規則寫(xiě)入，重新開(kāi)始新的生命周期。進(jìn)入PC3，運行虛擬機鏡像，進(jìn)入Ubuntu11.1系統$sudo dhclinet eth2 #虛擬機自動(dòng)獲取IP地址$controller ptcp:6633 #打開(kāi)OpenFlow switch controller，開(kāi)始監聽(tīng)6633端口信息。進(jìn)入PC2$ping 10.0.0.3進(jìn)入PC1，因為PC2裝了CentOS$ssh netfpga@10.0.0.3 #PC1(10.0.0.2)通過(guò)SSH進(jìn)行連接PC2（10.0.0.3）如果有興趣查看一下OpenFlow Switch 與遠程Controller，如何通信的，即OpenFlow protocol。需要安裝wireshark抓包工具，建議對照OpenFlow switch specification進(jìn)行學(xué)習。擴展如果沒(méi)有NetFPGA做OpenFlow Switch，但是又想先常常鮮，怎么辦？你可以嘗試使用OpenFlow VSwitch，通過(guò)虛擬化來(lái)實(shí)現OpenFlow Switch。是不是上面的一個(gè)OpenFlow 網(wǎng)絡(luò )環(huán)境可以由虛擬機來(lái)搭建完成？確實(shí)有的，僅能試玩！具體可以見(jiàn)參考資料中的OpenFlow Tutorial后話(huà)之前做的還只是個(gè)開(kāi)始，路漫漫其修遠兮！參考資料1. www.openflow.org3. Create OpenFlow network with multiple PCs/NetFPGAs4. OpenFlow Tutorial5.OpenFlow Switch Specification