ONOS group multicast in SDN

0x00 OpenFlow组表

功能

实现更高级的数据包转发特性，如：组播、负载均衡、容灾备份和聚合

组表项

组表号groupId:标识组表，用于组表区分
组表类型type:与流表转发类型相似，表示对应的动作(action)：Indirect、All、Select、Indirect、Fast failover
- Inidirct:执行该group中一个已定义的bucket，该组仅支持一个bucket。允许多个流表项或组表项指向一个公共的组（例如IP转发的下一跳）。这是最简单的group类型，交换机通常比较支持这种类型的group。
- All:执行该group中所有的bucket。这种类型的group用来进行multicast和broadcast。为每个bucket克隆一份数据包，然后分别执行每个bucket中的actions。
- Select:执行该group中的一个bucket。基于一种选择算法（用户定义的哈希算法或者轮询算法）选择group中的一个bucket对数据包执行actions。这种选择算法应该尽量支持负载均衡并且为每个bucket提供一个权重用于分配。当一个bucket指定的端口down掉，交换机应该将选择限制在剩下的正常的bucket中而不是丢掉，这是为了减少链路中断。
- Fast failover：执行第一个活动的bucket。每个action bucket都与控制其活动性的特定端口和/或组相关联。按照group定义的顺序评估bucket，并选择与活动端口/组关联的第一个bucket。这个group类型使交换机可以更改转发行为而无需往返于控制器。如果没有bucket，则丢弃数据包。
计数器counters:记录处理过的报文数
动作桶action buckets:动作桶(action bucket)列表，每个动作桶包含相关动作和参数

0x01 实验拓扑

目的

组播组外的主机向任一组播主机发送的数据包，能够被组播组所有主机接收。

组成

h0为非组播主机，负责发送数据包到组播段。
h1 h2 h3为组播段主机，到任一主机的数据包会被复制到其他主机。
s7为组播交换机，负责连接组播段和网络拓扑。

效果

0x02 脚本编写

处理拓扑信息

找到重复挂载交换机

# get device
for i in resp_port["hosts"]:
	if i["ipAddresses"][0] == host_ip:
		group_deviceId = i["locations"][0]["elementId"]

找到组播交换机对应端口

# get ports
for i in resp_port["hosts"]:
    if i["locations"][0]["elementId"] == group_deviceId:
        # get multicast host
        group_ports.append(i["locations"][0]["port"])
    else:
        # get link port
        link_port = i["locations"][0]["port"]
return group_deviceId, group_ports, link_port

流表组表内容

组表项

data = {
        "type": "ALL",
        "appCookie": "0x1234abcd",
        "groupId": 1,
        "buckets": []
}
for i in range(len(host_ports)):
    instruction = [{"type": "OUTPUT"}]
    instruction[0]["port"]= str(host_ports[i])
    treatment = {"instructions": instruction}
    data["buckets"].append({"weight": 1,"treatment": treatment})

流表项

params = {"appId": "myApp"}
data = {
    "priority": 10,
    "timeout": 0,
    "isPermanent": True,
    "deviceId": deviceId,
    "treatment": {
         "instructions": [
            {
                "type": "GROUP",
                "groupId": 1
            }
         ]
    },
    "selector": {
        "criteria": [
            {
                "type": "ETH_TYPE",
                "ethType": "0x800"
             },
            {
                "type": "IN_PORT",
                "port": link_port
            }
        ]
    }
}

0x03 存在问题

和组播实现有一定距离

只是简单完成了数据包的复制转发，没有落实组播段的真实意义。
组播的目的仍为单播形式，目的地为单个主机ip。

拓扑过于理想

所有组播主机连在同一个交换机上，端口处理固定化。
组播交换机上没有非组播主机。

0x04 解决方案

建立实际拓扑

将组播主机分布在网络拓扑的各个分支。
组播主机需和至少一个非组播主机位于同一个分支。

基于图生成组播树

在dijkstra算法选路的基础上，寻找组播树的上确界。

修改组表

将转发命令精确到每个组播主机。

0x05 方案实践

添加组播组

将组播组按照规定格式存入GROUPS组

1	GROUPS = [{"deviceId":"","port":"","vlan":"192.168.0.1","ip":["10.0.1.1","10.0.1.2"],"HostPort":[],"mac": {}}]

在获取拓扑过程中完善GROUPS中信息

修改数据目的信息

通过组表的动作桶修改数据包目的IP和MAC，使得转发后目的主机能够接收响应

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instruction = [{"type": "L2MODIFICATION","subtype": "ETH_DST","mac": GROUPS[groupId]["mac"][GROUPS[groupId]["ip"][i]]},
               {"type": "L3MODIFICATION","subtype":"IPV4_DST","ip":GROUPS[groupId]["ip"][i]},
               {"type": "OUTPUT","port":GROUPS[groupId]["HostPort"][i]},]

设置vlan

要ping的组播段IP与GROUPS中组播段匹配
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vlanIp = "192.168.0.1"
vlan默认挂载在组播组第一个主机直连的SDN交换机端口，组播的信息需要经过该端口进行复制转发
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# Source to vlan
dstPort = GROUPS[groupId]["deviceId"]+" "+GROUPS[groupId]["port"]
path = sn.get_path(srcIp, dstPort)

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ONOS group multicast in SDN

0x00 OpenFlow组表

功能

组表项

0x01 实验拓扑

目的

组成

效果

0x02 脚本编写

处理拓扑信息

流表组表内容

0x03 存在问题

和组播实现有一定距离

拓扑过于理想

0x04 解决方案

建立实际拓扑

基于图生成组播树

修改组表

0x05 方案实践

添加组播组

修改数据目的信息

设置vlan

0x06 改进效果展示

ping组播段内主机

基于VLC实现视频流转发