Mininet实战之Fattree拓扑创建和iperfmulti功能

众所周知，数据中心是目前网络研究的一个热门领域。随着云计算的兴起与发展，会对数据中心网络提出更多的需求，也为学术研究提供了更多的课题。

本篇博文将讲述1）如何搭建fatree网络拓扑和2）如何在mininet中拓展iperfmulti功能。

众所周知，数据中心是目前网络研究的一个热门领域。随着云计算的兴起与发展，会对数据中心网络提出更多的需求，也为学术研究提供了更多的课题。TE（Traffic Engineering）是网络研究中最基础的研究之一，在TE中Load balance是比较主要的研究内容之一。 然而由于数据中心网络的流量走势与传统网络不同，导致数据中心网络与传统网络的架构有所不同。在传统网络中上下行流量在总流量中占据很大比重，而相比之下，数据中心的流量分类中，横向流量的比重要远远大于传统网络架构的比重。为了更好解决数据中心网络流量问题，数据中心架构的设计就变得非常重要，在众多网络架构中，Fat-tree架构是比较出名和成功的。

SDN兴起于校园网，盛开于数据中心，这是一种比较准确的描述。目前SDN的研究领域内，数据中心占据了一席之地。所以很多的研究者都试图通过在控制器开发应用以及使用mininet模拟网络来进行网络实验。博主最近也做了一个关于Fat-tree的实验，在实验过程中，碰到了许多问题，深深觉得这一方面的知识在互联网中还比较缺乏。特此记录下来，分享出去，首先是作为自己的笔记，备忘，其次也给其他同样研究这方面的同学一些帮助。我掉过的坑，我不愿意别人继续掉。

科学的发展是需要许多人奠定基础，才能逐步发展。而只有分享经验，传递知识，才能让后人能站在前人的基础之上继续前进。重复劳动力在一些基础的无关紧要的环节，是整个社会资源的浪费。特此感谢乐于分享的各种网络中的老师，特别是为人十分和蔼，温和，良师益友@地球-某某老师。

Fattree topo

这个python文件最初的原型是参考了roan's Blog的博文SDN Lab 2$ Use Mininet create Fat Tree Topology中给出的代码。并在次基础上做了一些修改。在此感谢台湾的小伙伴的分享。

在此基础上我进行了修改，可点击fattree源码获取代码。

Fattree特征
Fattree中，K是一个很重要的参数。如K=8，则core节点个数为(K/2)^2,pod个数为K,每一个POD有K个交换机，每一个交换机有K个inter link（内部链路）。aggregation层有K^2/2=64/2=32个交换机，同理 edge也是K^2/2=32个交换机。host可以是K/2个host，也可以任意指定。在我写的脚本中，K和host density都是可以设置的参数。

部分源码：

Python class Fattree(Topo): logger.debug("Class Fattree") CoreSwitchList = [] AggSwitchList = [] EdgeSwitchList = [] HostList = [] def __init__(self, k, density): # K 为fattree pod个数。 density是tor下的主机个数。 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函数用于创建links,修改了原始版本写死的代码。 """ def createLink(self, bw_c2a=0.2, bw_a2e=0.1, bw_h2a=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_h2a) 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_h2a=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()

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class Fattree(Topo):    logger.debug("Class Fattree")    CoreSwitchList = []    AggSwitchList = []    EdgeSwitchList = []    HostList = []     def __init__(self, k, density):  # K 为fattree pod个数。 density是tor下的主机个数。        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函数用于创建links,修改了原始版本写死的代码。    """     def createLink(self, bw_c2a=0.2, bw_a2e=0.1, bw_h2a=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_h2a)     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_h2a=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参考@赵伟辰的博客。

在mininet中增加新功能其实不难。主要分为3步：

• 修改net.py增加函数实体；
• 修改cli.py，增加对应do_function函数，用于命令解析；
• 修改mn函数，用于声明命令。

net.py和cli.py均在mininet/mininet目录，mn文件在在mininet/bin目录中。

修改net.py

Python 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 %sn" % ( client.name, server.name ) ) iperfArgs = 'iperf -u ' bwArgs = '-b ' + udpBw + ' ' print "***start server***" server.cmd( iperfArgs + '-s' + ' > /home/muzi/log/' + filename + '&') print "***start client***" client.cmd( 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].cmd('ping -c10'+ self.hosts[-1].IP() + ' > /home/muzi/log/delay.out') sleep(period)

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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 %sn" % ( client.name, server.name ) )        iperfArgs = 'iperf -u '        bwArgs = '-b ' + udpBw + ' '        print "***start server***"        server.cmd( iperfArgs + '-s' + ' > /home/muzi/log/' + filename + '&')        print "***start client***"        client.cmd(            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].cmd('ping -c10'+ self.hosts[-1].IP() + ' > /home/muzi/log/delay.out')    sleep(period)

以上代码完成iperfmulti函数实现：随机选取SC对，并进行iperf 打流。

修改cli.py

Python 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: 1Mn')

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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: 1Mn')

修改mn
在mininet/bin目录下修改mn文件，将iperfmulti加入到对应的列表中。

Python # 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'}

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# optional tests to runTESTS = [ 'cli', 'build', 'pingall', 'pingpair', 'iperf', 'all', 'iperfudp',          'none'，'iperfmulti' ] ALTSPELLING = { 'pingall': 'pingAll',                'pingpair': 'pingPair',                'iperfudp': 'iperfUdp',                'iperfUDP': 'iperfUdp',                'iperfmulti': 'iperfmulti'}

重新安装mininet

进入mininet/util目录，输入以下命令重新编译安装mininet core:

Python ./install.sh -n

1	./install.sh -n

重启mininet，输入iperf，可使用table补全iperfmulti，从而可使用iperfmulti进行测试。

总结

在做实验的过程中，遇到了很多问题，也学会了很多。学会了谷歌找资料，学会了给论文作者发邮件，也学会了如何协同工作。特别是协同工作这一点，以前写代码，做实验都是自己来，没有明确定义的接口，也更没有分工合作，版本管理也是自己随意定。在这个实验过程中，不仅学到了很多知识，更重要的是学会了和小伙伴北邮-张歌的相处，团队协作是一个非常重要的能力，我将在未来的日子里继续努力学习和提高这方面的能力。希望他的博客能慢慢写起来，以后一起做更多好玩有用的实验。
转载自：李呈博客

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