Mininet實戰之Fattree拓撲創建和iperfmul

編者按：眾所周知，數據中心是目前網絡研究的一個熱門領域。隨著云計算的興起與發展，會對數據中心網絡提出更多的需求，也為學術研究提供了更多的課題。

本篇博文將講述1）如何搭建fatree網絡拓撲和2）如何在mininet中拓展iperfmulti功能。

眾所周知，數據中心是目前網絡研究的一個熱門領域。隨著云計算的興起與發展，會對數據中心網絡提出更多的需求，也為學術研究提供了更多的課題。TE（Traffic Engineering）是網絡研究中最基礎的研究之一，在TE中Load balance是比較主要的研究內容之一。 然而由于數據中心網絡的流量走勢與傳統網絡不同，導致數據中心網絡與傳統網絡的架構有所不同。在傳統網絡中上下行流量在總流量中占據很大比重，而相比之下，數據中心的流量分類中，橫向流量的比重要遠遠大于傳統網絡架構的比重。為了更好解決數據中心網絡流量問題，數據中心架構的設計就變得非常重要，在眾多網絡架構中，Fat-tree架構是比較出名和成功的。

SDN興起于校園網，盛開于數據中心，這是一種比較準確的描述。目前SDN的研究領域內，數據中心占據了一席之地。所以很多的研究者都試圖通過在控制器開發應用以及使用mininet模擬網絡來進行網絡實驗。博主最近也做了一個關于Fat-tree的實驗，在實驗過程中，碰到了許多問題，深深覺得這一方面的知識在互聯網中還比較缺乏。特此記錄下來，分享出去，首先是作為自己的筆記，備忘，其次也給其他同樣研究這方面的同學一些幫助。我掉過的坑，我不愿意別人繼續掉。

科學的發展是需要許多人奠定基礎，才能逐步發展。而只有分享經驗，傳遞知識，才能讓后人能站在前人的基礎之上繼續前進。重復勞動力在一些基礎的無關緊要的環節，是整個社會資源的浪費。特此感謝樂于分享的各種網絡中的老師，特別是為人十分和藹，溫和，良師益友@地球-某某老師。

Fattree topo

這個python文件最初的原型是參考了roan's Blog的博文SDN Lab 2$ Use Mininet create Fat Tree Topology中給出的代碼。并在次基礎上做了一些修改。在此感謝臺灣的小伙伴的分享。

在此基礎上我進行了修改，可點擊fattree源碼獲取代碼。

Fattree特征

 Fattree中，K是一個很重要的參數。如K=8，則core節點個數為(K/2)^2,pod個數為K,每一個POD有K個交換機，每一個交換機有K個inter link（內部鏈路）。aggregation層有K^2/2=64/2=32個交換機，同理 edge也是K^2/2=32個交換機。host可以是K/2個host，也可以任意指定。在我寫的腳本中，K和host density都是可以設置的參數。

部分源碼：

class Fattree(Topo):

    logger.debug("Class Fattree")

    CoreSwitchList = []

    AggSwitchList = []

    EdgeSwitchList = []

    HostList = []

    def __init__(self, k, density):  # K 為fattree pod個數。 density是tor下的主機個數。

        logger.debug("Class Fattree init")

        self.pod = k 

        self.iCoreLayerSwitch = (k/2)**2

        self.iAggLayerSwitch = k*k/2

        self.iEdgeLayerSwitch = k*k/2

        self.density = density

        self.iHost = self.iEdgeLayerSwitch * density

        #Init Topo

        Topo.__init__(self)

    def createTopo(self):

        self.createCoreLayerSwitch(self.iCoreLayerSwitch)

        self.createAggLayerSwitch(self.iAggLayerSwitch)

        self.createEdgeLayerSwitch(self.iEdgeLayerSwitch)

        self.createHost(self.iHost)

    """

    Create Switch and Host

    """

    def _addSwitch(self, number, level, switch_list):

        for x in xrange(1, number+1):

            PREFIX = str(level) + "00"

            if x >= int(10):

                PREFIX = str(level) + "0"

            switch_list.append(self.addSwitch('s' + PREFIX + str(x)))

    def createCoreLayerSwitch(self, NUMBER):

        logger.debug("Create Core Layer")

        self._addSwitch(NUMBER, 1, self.CoreSwitchList)

    def createAggLayerSwitch(self, NUMBER):

        logger.debug("Create Agg Layer")

        self._addSwitch(NUMBER, 2, self.AggSwitchList)

    def createEdgeLayerSwitch(self, NUMBER):

        logger.debug("Create Edge Layer")

        self._addSwitch(NUMBER, 3, self.EdgeSwitchList)

    def createHost(self, NUMBER):

        logger.debug("Create Host")

        for x in xrange(1, NUMBER+1):

            PREFIX = "h00"

            if x >= int(10):

                PREFIX = "h0"

            elif x >= int(100):

                PREFIX = "h"

            self.HostList.append(self.addHost(PREFIX + str(x)))

    """

    Add Link   createLink函數用于創建links,修改了原始版本寫死的代碼。

    """

    def createLink(self, bw_c2a=0.2, bw_a2e=0.1, bw_h3a=0.5):

        logger.debug("Add link Core to Agg.")

        end = self.pod/2

        for x in xrange(0, self.iAggLayerSwitch, end):

            for i in xrange(0, end):

                for j in xrange(0, end):

                    self.addLink(

                        self.CoreSwitchList[i*end+j],

                        self.AggSwitchList[x+i],

                        bw=bw_c2a)

        logger.debug("Add link Agg to Edge.")

        for x in xrange(0, self.iAggLayerSwitch, end):

            for i in xrange(0, end):

                for j in xrange(0, end):

                    self.addLink(

                        self.AggSwitchList[x+i], self.EdgeSwitchList[x+j],

                        bw=bw_a2e)

        logger.debug("Add link Edge to Host.")

        for x in xrange(0, self.iEdgeLayerSwitch):

            for i in xrange(0, self.density):

                self.addLink(

                    self.EdgeSwitchList[x],

                    self.HostList[self.density * x + i],

                    bw=bw_h3a)

    def set_ovs_protocol_13(self,):

        self._set_ovs_protocol_13(self.CoreSwitchList)

        self._set_ovs_protocol_13(self.AggSwitchList)

        self._set_ovs_protocol_13(self.EdgeSwitchList)

    def _set_ovs_protocol_13(self, sw_list):

            for sw in sw_list:

                cmd = "sudo ovs-vsctl set bridge %s protocols=OpenFlow13" % sw

                os.system(cmd)

def createTopo():

    logging.debug("LV1 Create Fattree")

    topo = Fattree(8, 4)

    topo.createTopo()

    topo.createLink(bw_c2a=0.2, bw_a2e=0.1, bw_h3a=0.05)

    logging.debug("LV1 Start Mininet")

    CONTROLLER_IP = "127.0.0.1"

    CONTROLLER_PORT = 6633

    net = Mininet(topo=topo, link=TCLink, controller=None, autoSetMacs=True,

                  autoStaticArp=True)

    net.addController(

        'controller', controller=RemoteController,

        ip=CONTROLLER_IP, port=CONTROLLER_PORT)

net.start()

Iperfmulti function

在mininet中拓展功能的文章可參考@趙偉辰的博客。

在mininet中增加新功能其實不難。主要分為3步：

 ■修改net.py增加函數實體；

 ■修改cli.py，增加對應do_function函數，用于命令解析；

 ■修改mn函數，用于聲明命令。

net.py和cli.py均在mininet/mininet目錄，mn文件在在mininet/bin目錄中。

修改net.py

def iperf_single( self,hosts=None, udpBw='10M', period=5, port=5001):

        """Run iperf between two hosts using UDP.

           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***"

        serverNaNd( iperfArgs + '-s' + ' > /home/muzi/log/' + filename + '&')

        print "***start client***"

        clientNaNd(

            iperfArgs + '-t '+ str(period) + ' -c ' + server.IP() + ' ' + bwArgs

            +' > /home/muzi/log/' + 'client' + filename +'&')

def iperfMulti(self, bw, period=5):

    base_port = 5001

    server_list = []

    client_list = [h for h in self.hosts]

    host_list = []

    host_list = [h for h in self.hosts]

    cli_outs = []

    ser_outs = []

    _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

    self.hosts[0]NaNd('ping -c10'+ self.hosts[-1].IP() + ' > /home/muzi/log/delay.out')

    sleep(period)

以上代碼完成iperfmulti函數實現：隨機選取SC對，并進行iperf 打流。

修改cli.py

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 ]

        err = False

        self.mn.iperfMulti(udpBw, float(period))

    else:

        error('invalid number of args: iperfmulti udpBw \n' +

               'udpBw examples: 1M\n')

修改mn

 在mininet/bin目錄下修改mn文件，將iperfmulti加入到對應的列表中。

# optional tests to run

TESTS = [ 'cli', 'build', 'pingall', 'pingpair', 'iperf', 'all', 'iperfudp',

          'none'，'iperfmulti' ]

ALTSPELLING = { 'pingall': 'pingAll',

                'pingpair': 'pingPair',

                'iperfudp': 'iperfUdp',

                'iperfUDP': 'iperfUdp',

                'iperfmulti': 'iperfmulti'}

重新安裝mininet

進入mininet/util目錄，輸入以下命令重新編譯安裝mininet core:

./install.sh -n

重啟mininet，輸入iperf，可使用table補全iperfmulti，從而可使用iperfmulti進行測試。

總結

在做實驗的過程中，遇到了很多問題，也學會了很多。學會了谷歌找資料，學會了給論文作者發郵件，也學會了如何協同工作。特別是協同工作這一點，以前寫代碼，做實驗都是自己來，沒有明確定義的接口，也更沒有分工合作，版本管理也是自己隨意定。在這個實驗過程中，不僅學到了很多知識，更重要的是學會了和小伙伴北郵-張歌的相處，團隊協作是一個非常重要的能力，我將在未來的日子里繼續努力學習和提高這方面的能力。希望他的博客能慢慢寫起來，以后一起做更多好玩有用的實驗。

 轉載自：李呈博客

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