RYU入门教程

SDNLAB君

                               
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1 前言

辗转了POX, NOX, OpenDaylight等多个控制器之后，我终于意识到我只喜欢python语言的控制器。但是我依然记得OpenDaylight的Nullpointer的Exception，还记得YANG文件的深奥，但是OpenDaylight让我对控制器开发的兴趣减少了，这不是我想要的事情。最后，我下决定转向RYU。我突然发现，生活突然变得很美好。我用着我熟悉的，喜欢的，优美的python，写着充满美感的语句，犹如写诗一般的惬意。

RYU的方便简洁大大超出我的预料，比我使用过的任何一个控制器都要易于使用和开发。以下是我学RYU收获，如果你有什么意见或建议可以评论，相互学习，共同进步。希望在后续的学习中还能有所收获，写出更好的博文。

首先提供一些有用的链接，可用于大家在看完这篇入门教程后续的学习：
（1）http://osrg.github.io/ryu/resources.html
我比较喜欢里里面的 http://ryu.readthedocs.org/en/latest/
当然里面的电子书也是相当好的：http://osrg.github.io/ryu-book/en/html/
（2）推荐一个小伙伴的博客：linton.tw
他在RYU上有更多的学习和研究。欢迎访问！
（3）课程《RYU应用开发入门》，以视频直播的形式剖析、讲解、实验、答疑。这种形式能够比较快的完成在RYU的应用方面从0到1的突破。课程详情页：http://edu.sdnlab.com/training/189.html

本篇主要介绍如何安装RYU，和如何在RYU上开发APP。

2 RYU的安装

安装RYU，需要安装一些python的套件：

• python-eventlet
• python-routes
• python-webob
• python-paramiko
  

安装RYU主要有两种方式：

• pip安装
  

               

                                                                Shell

                                                pip install ryu
                                                       

1	pip install ryu

                       
               

• 下载源文件安装
  

               

                                                                Shell

                                                git clone git://github.com/osrg/ryu.gitcd ryusudo pip install -r tools/pip-requiressudo python setup.py install
                                                       

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git clone git://github.com/osrg/ryu.git cd ryu sudo pip install -r tools/pip-requires sudo python setup.py install

                       
               

若还有更多问题，可参考@linton小伙伴的博客

3 RYU使用

安装RYU之后，进入ryu目录，输入：

               

                                                                Shell

                                                ryu-manager yourapp.py
                                                       

1	ryu-manager yourapp.py

                       
               

运行对应的APP，如

               

                                                                Shell

                                                ryu-manager simple_switch.py
                                                       

1	ryu-manager simple_switch.py

                       
               

4 RYU源码分析

当我安装好了RYU之后，第一件事就是迫不及待地去看它的源码，其可读性之高，超出我的想象。
下面介绍ryu/ryu目录下的主要目录内容。

• base
  

base中有一个非常重要的文件：app_manager.py，其作用是RYU应用的管理中心。用于加载RYU应用程序，接受从APP发送过来的信息，同时也完成消息的路由。

其主要的函数有app注册、注销、查找、并定义了RYUAPP基类，定义了RYUAPP的基本属性。包含name, threads, events, event_handlers和observers等成员，以及对应的许多基本函数。如：start(), stop()等。

这个文件中还定义了AppManager基类，用于管理APP。定义了加载APP等函数。不过如果仅仅是开发APP的话，这个类可以不必关心。

• controller
  

controller文件夹中许多非常重要的文件，如events.py, ofp_handler.py, controller.py等。其中controller.py中定义了OpenFlowController基类。用于定义OpenFlow的控制器，用于处理交换机和控制器的连接等事件，同时还可以产生事件和路由事件。其事件系统的定义，可以查看events.py和ofp_events.py。

在ofp_handler.py中定义了基本的handler（应该怎么称呼呢？句柄？处理函数？），完成了基本的如：握手，错误信息处理和keep alive 等功能。更多的如packet_in_handler应该在app中定义。

在dpset.py文件中，定义了交换机端的一些消息，如端口状态信息等，用于描述和操作交换机。如添加端口，删除端口等操作。

其他的文件不再赘述。

• lib
  

lib中定义了我们需要使用到的基本的数据结构，如dpid, mac和ip等数据结构。在lib/packet目录下，还定义了许多网络协议，如ICMP, DHCP, MPLS和IGMP等协议内容。而每一个数据包的类中都有parser和serialize两个函数。用于解析和序列化数据包。

lib目录下，还有ovs, netconf目录，对应的目录下有一些定义好的数据类型，不再赘述。

• ofproto
  

在这个目录下，基本分为两类文件，一类是协议的数据结构定义，另一类是协议解析，也即数据包处理函数文件。如ofproto_v1_0.py是1.0版本的OpenFlow协议数据结构的定义，而ofproto_v1_0_parser.py则定义了1.0版本的协议编码和解码。具体内容不赘述，实现功能与协议相同。

• topology
  

包含了switches.py等文件，基本定义了一套交换机的数据结构。event.py定义了交换上的事件。dumper.py定义了获取网络拓扑的内容。最后api.py向上提供了一套调用topology目录中定义函数的接口。

• contrib
  

这个文件夹主要存放的是开源社区贡献者的代码。我没看过。

• cmd
  

定义了RYU的命令系统，具体不赘述。

• services
  

完成了BGP和vrrp的实现。具体我还没有使用这个模块。

• tests
  

tests目录下存放了单元测试以及整合测试的代码，有兴趣的读者可以自行研究。

5 开发你自己的RYU应用程序

大概浏览了一下RYU的源代码，相信看过OpenDaylight的同学会发现，太轻松了！哈哈，我想我真的不喜欢maven, osgi, xml, yang以及java，但是不能不承认OpenDaylight还是很牛逼的，在学习的读者要坚持啊！

开发RYU的APP，真的再简单不过了。先来最简单的：

                                                                                Python

                                                from ryu.base import app_managerclass L2Switch(app_manager.RyuApp):    def __init__(self, *args, **kwargs):        super(L2Switch, self).__init__(*args, **kwargs)
                                                       

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from ryu.base import app_manager class L2Switch(app_manager.RyuApp):     def __init__(self, *args, **kwargs):         super(L2Switch, self).__init__(*args, **kwargs)

                       
               

如果你觉得非常熟悉，不要怀疑，我确实是在拿官网的例子再讲。

首先，我们从ryu.base import app_manager，在前面我们也提到过这个文件中定义了RyuApp基类。我们在开发APP的时候只需要继承这个基类，就获得你想要的一个APP的一切了。于是，我们就不用去注册了？！是的，不需要了！

保存文件，可以取一个名字为L2Switch.py。

现在你可以运行你的APP了。快得有点不敢相信吧！但是目前什么都没有，运行之后，马上就会结束，但起码我们的代码没有报错。

运行:

                                                                                Shell

                                                ryu-manager L2Switch.py
                                                       

1	ryu-manager L2Switch.py

                       
               

继续往里面添加内容：

                                                                                Python

                                                from ryu.base import app_managerfrom ryu.controller import ofp_eventfrom ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHERfrom ryu.controller.handler import set_ev_clsclass L2Switch(app_manager.RyuApp):    def __init__(self, *args, **kwargs):        super(L2Switch, self).__init__(*args, **kwargs)    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)    def packet_in_handler(self, ev):        msg = ev.msg        datapath = msg.datapath        ofp = datapath.ofproto        ofp_parser = datapath.ofproto_parser        actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(ofp.OFPP_FLOOD)]        out = ofp_parser.OFPPacketOut(            datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=msg.in_port,            actions=actions)        datapath.send_msg(out)
                                                       

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from ryu.base import app_manager from ryu.controller import ofp_event from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER from ryu.controller.handler import set_ev_cls class L2Switch(app_manager.RyuApp):     def __init__(self, *args, **kwargs):         super(L2Switch, self).__init__(*args, **kwargs)     @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)     def packet_in_handler(self, ev):         msg = ev.msg         datapath = msg.datapath         ofp = datapath.ofproto         ofp_parser = datapath.ofproto_parser         actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(ofp.OFPP_FLOOD)]         out = ofp_parser.OFPPacketOut(             datapath=datapath, buffer_id=msg.buffer_id, in_port=msg.in_port,             actions=actions)         datapath.send_msg(out)

                       
               

其中ofp_event完成了事件的定义，从而我们可以在函数中注册handler，监听事件，并作出回应。

packet_in_handler方法用于处理packet_in事件。@set_ev_cls修饰符用于告知RYU，被修饰的函数应该被调用。（翻译得有点烂这句）

set_ev_cls第一个参数表示事件发生时应该调用的函数，第二个参数告诉交换机只有在交换机握手完成之后，才可以被调用。

下面分析具体的数据操作：

• ev.msg：每一个事件类ev中都有msg成员，用于携带触发事件的数据包。
• msg.datapath：已经格式化的msg其实就是一个packet_in报文，msg.datapath直接可以获得packet_in报文的datapath结构。datapath用于描述一个交换网桥。也是和控制器通信的实体单元。datapath.send_msg()函数用于发送数据到指定datapath。通过datapath.id可获得dpid数据，在后续的教程中会有使用。
• datapath.ofproto对象是一个OpenFlow协议数据结构的对象，成员包含OpenFlow协议的数据结构，如动作类型OFPP_FLOOD。
• datapath.ofp_parser则是一个按照OpenFlow解析的数据结构。
• actions是一个列表，用于存放action list，可在其中添加动作。
• 通过ofp_parser类，可以构造构造packet_out数据结构。括弧中填写对应字段的赋值即可。
  

如果datapath.send_msg()函数发送的是一个OpenFlow的数据结构，RYU将把这个数据发送到对应的datapath。

至此，一个简单的HUB已经完成。

6 RYU进阶——二层交换机

在以上的基础之上，继续修改就可以完成二层交换机的功能。具体代码如下：

                                                                                Python

                                                import structimport loggingfrom ryu.base import app_managerfrom ryu.controller import mac_to_portfrom ryu.controller import ofp_eventfrom ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHERfrom ryu.controller.handler import set_ev_clsfrom ryu.ofproto import ofproto_v1_0from ryu.lib.mac import haddr_to_binfrom ryu.lib.packet import packetfrom ryu.lib.packet import ethernetclass L2Switch(app_manager.RyuApp):    OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_0.OFP_VERSION]#define the version of OpenFlow    def __init__(self, *args, **kwargs):        super(L2Switch, self).__init__(*args, **kwargs)        self.mac_to_port = {}    def add_flow(self, datapath, in_port, dst, actions):        ofproto = datapath.ofproto        match = datapath.ofproto_parser.OFPMatch(            in_port = in_port, dl_dst = haddr_to_bin(dst))        mod = datapath.ofproto_parser.OFPFlowMod(            datapath = datapath, match = match, cookie = 0,            command = ofproto.OFPFC_ADD, idle_timeout = 10,hard_timeout = 30,            priority = ofproto.OFP_DEFAULT_PRIORITY,            flags =ofproto.OFPFF_SEND_FLOW_REM, actions = actions)        datapath.send_msg(mod)    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)    def packet_in_handler(self, ev):        msg = ev.msg        datapath = msg.datapath        ofproto = datapath.ofproto        pkt = packet.Packet(msg.data)        eth = pkt.get_protocol(ethernet.ethernet)        dst = eth.dst        src = eth.src        dpid = datapath.id    #get the dpid        self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})        self.logger.info("packet in %s %s %s %s", dpid, src, dst , msg.in_port)        #To learn a mac address to avoid FLOOD next time.        self.mac_to_port[dpid][src] = msg.in_port        out_port = ofproto.OFPP_FLOOD        #Look up the out_port         if dst in self.mac_to_port[dpid]:            out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]        ofp_parser = datapath.ofproto_parser        actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(out_port)]        if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:            self.add_flow(datapath, msg.in_port, dst, actions)        #We always send the packet_out to handle the first packet.        packet_out = ofp_parser.OFPPacketOut(datapath = datapath, buffer_id = msg.buffer_id,            in_port = msg.in_port, actions = actions)        datapath.send_msg(packet_out)    #To show the message of ports' status.    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPortStatus, MAIN_DISPATCHER)    def _port_status_handler(self, ev):        msg = ev.msg        reason = msg.reason        port_no = msg.desc.port_no        ofproto = msg.datapath.ofproto        if reason == ofproto.OFPPR_ADD:            self.logger.info("port added %s", port_no)        elif reason == ofproto.OFPPR_DELETE:            self.logger.info("port deleted %s", port_no)        elif reason == ofproto.OFPPR_MODIFY:            self.logger.info("port modified %s", port_no)        else:            self.logger.info("Illeagal port state %s %s", port_no, reason)
                                                       

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import struct import logging from ryu.base import app_manager from ryu.controller import mac_to_port from ryu.controller import ofp_event from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER from ryu.controller.handler import set_ev_cls from ryu.ofproto import ofproto_v1_0 from ryu.lib.mac import haddr_to_bin from ryu.lib.packet import packet from ryu.lib.packet import ethernet class L2Switch(app_manager.RyuApp):     OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_0.OFP_VERSION]#define the version of OpenFlow     def __init__(self, *args, **kwargs):         super(L2Switch, self).__init__(*args, **kwargs)         self.mac_to_port = {}     def add_flow(self, datapath, in_port, dst, actions):         ofproto = datapath.ofproto         match = datapath.ofproto_parser.OFPMatch(             in_port = in_port, dl_dst = haddr_to_bin(dst))         mod = datapath.ofproto_parser.OFPFlowMod(             datapath = datapath, match = match, cookie = 0,             command = ofproto.OFPFC_ADD, idle_timeout = 10,hard_timeout = 30,             priority = ofproto.OFP_DEFAULT_PRIORITY,             flags =ofproto.OFPFF_SEND_FLOW_REM, actions = actions)         datapath.send_msg(mod)     @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)     def packet_in_handler(self, ev):         msg = ev.msg         datapath = msg.datapath         ofproto = datapath.ofproto         pkt = packet.Packet(msg.data)         eth = pkt.get_protocol(ethernet.ethernet)         dst = eth.dst         src = eth.src         dpid = datapath.id    #get the dpid         self.mac_to_port.setdefault(dpid, {})         self.logger.info("packet in %s %s %s %s", dpid, src, dst , msg.in_port)         #To learn a mac address to avoid FLOOD next time.         self.mac_to_port[dpid][src] = msg.in_port         out_port = ofproto.OFPP_FLOOD         #Look up the out_port         if dst in self.mac_to_port[dpid]:             out_port = self.mac_to_port[dpid][dst]         ofp_parser = datapath.ofproto_parser         actions = [ofp_parser.OFPActionOutput(out_port)]         if out_port != ofproto.OFPP_FLOOD:             self.add_flow(datapath, msg.in_port, dst, actions)         #We always send the packet_out to handle the first packet.         packet_out = ofp_parser.OFPPacketOut(datapath = datapath, buffer_id = msg.buffer_id,             in_port = msg.in_port, actions = actions)         datapath.send_msg(packet_out)     #To show the message of ports' status.     @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPortStatus, MAIN_DISPATCHER)     def _port_status_handler(self, ev):         msg = ev.msg         reason = msg.reason         port_no = msg.desc.port_no         ofproto = msg.datapath.ofproto         if reason == ofproto.OFPPR_ADD:             self.logger.info("port added %s", port_no)         elif reason == ofproto.OFPPR_DELETE:             self.logger.info("port deleted %s", port_no)         elif reason == ofproto.OFPPR_MODIFY:             self.logger.info("port modified %s", port_no)         else:             self.logger.info("Illeagal port state %s %s", port_no, reason)

                       
               

相信代码中的注释已经足以让读者理解这个程序。完成之后，运行:

                                                                                Shell

                                                ryu-manager L2Switch.py
                                                       

1	ryu-manager L2Switch.py

                       
               

然后可以使用Mininet进行pingall测试，成功！