SDN实验（五）——Mininet多数据中心流量带宽实验

（一）实验目的

• 通过Mininet迷你搭建基于不同数据中心的网络拓扑；
• 掌握多数据中心网络拓扑的构建；
• 熟悉网络性能测试工具iperf，根据实验测试SDN网络的性能；
• 通过程序生成模拟流量。

（二）数据中心网络拓扑

1. 数据中心网络拓扑结构
   如图自上而下分为三层，左右分为两个数据中心。
   【核心交换机】c1、c2
   【多层聚合交换机】a1-a4
   【边缘交换机】e1-e4
   【主机】h1-h8
   

数据中心拓扑也叫胖树拓扑
2. 数据中心网络拓扑代码实现
也可以用miniedit来实现拓扑，但是会比较复杂一点，如果对python的语法比较熟悉，可以使用循环来实现拓扑（有比较多的冗余结构）。

from mininet.topo import Topo
from mininet.net import Mininet
from mininet.node import RemoteController
from mininet.link import TCLink
from mininet.util import dumpNodeConnections

class MyTopo(Topo):

    def __init__(self):
        super(MyTopo,self).__init__()

        #Marking the number of switch for per level
        L1 = 2;    
        L2 = L1*2
        L3 = L2

        #Starting create the switch
        c = []    #core switch
        a = []    #aggregate switch
        e = []    #edge switch

        #notice: switch label is a special data structure
        for i in range(L1):
            c_sw = self.addSwitch('c{}'.format(i+1))    #label from 1 to n,not start with 0
            c.append(c_sw)

        for i in range(L2):
            a_sw = self.addSwitch('a{}'.format(L1+i+1))
            a.append(a_sw)

        for i in range(L3):
            e_sw = self.addSwitch('e{}'.format(L1+L2+i+1))
            e.append(e_sw)

        #Starting create the link between switchs
        #first the first level and second level link
        for i in range(L1):
            c_sw = c[i]
            for j in range(L2):
                self.addLink(c_sw,a[j])

        #second the second level and third level link
        for i in range(L2):
            self.addLink(a[i],e[i])
            if not i%2:
                self.addLink(a[i],e[i+1])
            else:
                self.addLink(a[i],e[i-1])

        #Starting create the host and create link between switchs and hosts
        for i in range(L3):
            for j in range(2):
                hs = self.addHost('h{}'.format(i*2+j+1))
                self.addLink(e[i],hs)



topos = {"mytopo":(lambda:MyTopo())}

3. Mininet测试

sudo mn --custom ./data_center_topo.py --topo=mytopo --controller=remote

（三）流量模拟

1. 为什么进行流量模拟
     网络性能评估中一个巨大的挑战就是如何生成真实的网络流量，可以通过程序来创造人工的网络流量，通过建立测试化境来模拟真是的状况。

2. 流量随机模型再Mininet的应用
     流量随机模型：主机向在网络中的另一任意主机以等概率发送数据包。
     使用mininet中的iperf工具在网络中生成UDP流量，iperf客户端传送数据流到iperf的服务端，由服务端接收并记录相关信息。我们需要实现的是将批处理流的自定义命令添加到mininet中，在mininet中使用此自定义命令，实现上述功能。

（四）自定义命令实现

  在Mininet中拓展自定义命令主要又4个步骤：

• 修改/mininet/net.py
• 修改/mininet/cli.py
• 修改/bin/mn
• 重新编译mininet核心文件：~/mininet/util/install.sh -n

1. 修改net.py
   添加到iperf方法后面
   其中，iperf_single方法主要实现了两个主机之间的UDP带宽测试，并将测试的结果存储在"/home/ryan/temp_log/"目录下。iperfMulti则从Host1开始，随机选取UDP数据流的发送对象。持续测试period时长，默认是60秒。

	def iperf_single( self, hosts=None, udpBw='10M', period=60, port=5001):
        """ Run iperf between two hosts using UDP and record communications.
            hosts: list of hosts; if None, uses opposite hosts 
            returns: results two-element array of server and client speeds
        """
        if not hosts:
            return
        else:
            assert len( hosts ) == 2
        client, server = hosts
        filename = client.name[1:]+'.out'
        output( '*** Iperf: testing bandwidth between ' )
        output( "%s and %s\n" % ( client.name, server.name ) )
        iperfArgs = 'iperf -u '
        bwArgs = '-b ' + udpBw + ' '
        print( "***start server***" )
        server.cmd( iperfArgs + '-s -i 1' + ' > /home/ryan/temp_log/' + filename + '&')
        print( "***start client***" )
        client.cmd( iperfArgs + '-t ' + str(period) + ' -c ' +server.IP() + ' ' + bwArgs +\
            '> /home/ryan/temp_log/' + 'client' + filename + '&')

    def iperfMulti( self, bw, period=60 ):
        base_port = 5001
        server_list = []
        host_list = [h for h in self.hosts]

        _len = len(host_list)
        for i in xrange(0, _len):
            client = host_list[i]
            server = client
            while( server == client ):
                server = random.choice(host_list)
            server_list.append(server)
            self.iperf_single(hosts=[client,server],udpBw=bw,period=period,port=base_port)
            sleep(.05)
            base_port += 1

        sleep(period)
        print("test has done")

2. 修改cli.py
   添加到do_iperfudp方法后面

def do_iperfmulti( self, line ):
        """
        Multi iperf UDP test between nodes
        """
        args = line.split()
        if len(args) == 1:
            udpBw = args[0]
            self.mn.iperfMulti(udpBw)
        elif len(args) == 2:
            udpBw = args[0]
            period = args[1]
            self.mn.iperfMulti(udpBw,float(period))
        else:
            error( 'invalid number of args: iperfMulti udpBw period\n '+
                    'udpBw examples:1M 120\n' )

3. 修改mn
   将iperfmulti加入TEST和ALTSPELLING列表中。（mn中已经存在了TEST和ALTSPLLING，我们要做的是把自定义的命令添加进去）

# TESTS dict can contain functions and/or Mininet() method names
# XXX: it would be nice if we could specify a default test, but
# this may be tricky
TESTS = { name: True
          for name in ( 'pingall', 'pingpair', 'iperf', 'iperfudp', 'iperfmulti' ) }

# Map to alternate spellings of Mininet() methods
ALTSPELLING = { 'pingall': 'pingAll', 'pingpair': 'pingPair',
                'iperfudp': 'iperfUdp', 'iperfmulti': 'iperfMulti' }

4. 重新编译

~/mininet/util/install.sh -n

（五）网络测试

1. 运行数据中心拓扑

sudo mn --custom ./data_center_topo.py --topo=mytopo --controller=remote

2. 开启Ryu控制器，注意要使用带生成树协议的版本，否则会因为环路形成广播风暴

ryu-manager simple_switch_stp_13.py

3. 用iperfmulti测试流量

iperfmulti 25M 10

4. 查看流量日志
   
     为什么会有16个文件呢？因为8个主机分别当了一次服务器和客户端，所以会产生16个文件。
     图中记录了Server 10.0.0.1 (Host1) 侦听端口5001的记录，即与10.0.0.1 (Host1)的测试记录。一共测试了10秒，每隔1秒记录一次，记录内容有转发包的大小，带宽，延时抖动和丢包率等。还记录了Client 10.0.0.1 (Host1)的测试记录。

参考：
[1] 山上有风景：https://www.cnblogs.com/ssyfj/
[2] Ryubook：http://osrg.github.io/ryu-book/en/html/
[3] Ryu官方文档:https://ryu.readthedocs.io/en/latest/
[4] 未来网络学院：https://www.bilibili.com/video/BV1ft4y1a7ip/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=f8206d9b2ac93039311dbe9fdd0bcc87