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XJTU-NetVerify/sdn-lab1

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实验指导书（一）

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零、虚拟机使用指南

我们为SDN的课程实验配置了虚拟机。虚拟机安装了Arch Linux操作系统和Gnome桌面环境。初次使用时，你需要设置用户密码。按照开机后指引完成即可。

完成后，你会进入如下界面：

image-20250317172233607

点击左上角的image-20250317172301451即可进入菜单，从左至右依次是文件管理器、wireshark、终端和Firefox浏览器。点击image-20250317172518888即可进入应用菜单。

image-20250317172359123

中间的终端是实验中最常用的地方。我们鼓励你在终端内多尝试Linux的各个命令行操作。

虚拟机可以使用基本的功能；但为了更好地完成实验，你可能需要配置以下内容：

  1. 虚拟机共享剪切板 / 文件夹（推荐安装）。此项和你的虚拟机软件有关：

    1. VirtualBox: VirtualBox的共享剪切板 / 文件夹功能已经配置好，无需额外安装。 安装文档

    2. VMWare

      sudo pacman -S open-vm-tools gtkmm3
sudo systemctl enable vmtoolsd.service vmware-vmblock-fuse.service

      安装文档

    3. KVM / Libvirt / Virt-manager / Spice

      sudo pacman -S spice-vdagent
sudo systemctl enable spice-vdagentd.service

    安装完成后，重启虚拟机。

  2. X11 Xorg显示服务器和Xterm。当然，你也可以完全使用命令行完成实验，本次实验也并不需要该功能；但建议可以安装X11服务器。之后实验中，使用Mininet的Xterm终端功能会使实验更加方便。你需要通过命令行安装：

    sudo pacman -S xorg-server xorg-apps xterm

    包括之后的所有安装任务，请你**仔细阅读命令行的输出，**并根据输出内容的指导进行安装。默认安装选项即可完成任务。

    安装文档

  3. VScode开发环境。虚拟机已配置SSH服务器，可以通过VSCode远程连接进行开发；或者如果想在虚拟机本地进行开发，可以在虚拟机上安装VSCode：

    yay -S visual-studio-code-bin

    安装文档

  4. 中文界面。我们鼓励你使用英文界面，但你也可以安装中文语言包（会有很多机翻）：

    • 设置默认显示语言：编辑/var/lib/AccountService/users/sdn（需要sudo），设置以下内容：

      [User]
Language=zh_CN.UTF-8

    • 生成语言包：编辑/etc/locale.gen，取消注释zh_CN.UTF-8一行：

      #zh_CN.GB18030 GB18030
#zh_CN.GBK GBK
zh_CN.UTF-8 UTF-8
#zh_CN GB2312
#zh_HK.UTF-8 UTF-8

    • 安装CJK字体：推荐选择思源黑体（Adobe发行Source Han Sans adobe-source-han-sans-cn-fonts 或 Google发行Noto Fonts noto-fonts-cjk），也可以在以下注释的字体中选择：

      sudo pacman -S noto-fonts-cjk
# adobe-source-han-sans-cn-fonts
# adobe-source-han-serif-cn-fonts
# wqy-microhei
# wqy-microhei0kute
# wqy-bitmapfont
# wqy-zenhei
# ttf-arphic-ukai
# ttf-arphic-uming

    安装文档

  5. 我们鼓励你自行配置实验机器，加入你想要的个性化。如果你对Ubuntu等操作系统比较熟悉，但并不熟悉Arch Linux，你需要注意到两者的不同：

    1. Arch Linux使用pacman进行包管理。为了安装软件，你需要输入

      pacman -S PACKAGE_NAME(s)

      而不是

      apt install PACKAGE_NAME(s)

      。

    2. 软件包的名称也可能有所不同，你可以在Arch Linux软件包数据库中搜索，或使用命令pacman -Ss KEYWORD来搜索。

    我们选用Arch Linux的原因之一是，Arch Linux是文档最为全面、详细、易读的Linux发行版之一。你可以在ArchWiki上搜索到你可能遇到的很多问题的答案，也可以参与社区讨论；你也可以借助AI工具解决遇到的问题。如有遇到其他问题助教们也会尽量给出答复。

一、实验环境搭建

  • 方式1（推荐）：使用虚拟机镜像搭建。

    • 虚拟机软件：可以选用Oracle VirtualBox或者VMWare Workstation Pro（Windows）/ VMWare Fusion（Mac）。两者都是免费的。

    • 本实验提供虚拟机镜像文件（sdn-2026.ova），已配置实验所需的软件包。

    • 环境搭建步骤如下：

    • 安装对应虚拟机软件

    • 导入镜像文件sdn-2026.ova并运行。

  • 方式2：从源代码 / 包管理安装。你需要有可以使用的Linux系统。

    • Debian / Ubuntu (适用于 Debian 13 Trixie / Ubuntu 22.04+):

      # 安装mininet、wireshark、frr
sudo apt-get install mininet wireshark frr

# 安装 uv Python 项目管理工具
curl -LsSf https://astral.sh/uv/install.sh | sudo env UV_INSTALL_DIR="/usr/bin" sh

    • Fedora / RHEL

      sudo dnf install mininet wireshark frr uv

    • Arch Linux (AUR，需要yay工具)

      sudo pacman -S wireshark-qt openvswitch
yay -S mininet

# 配置Open vSwitch
# https://wiki.archlinux.org/title/Open_vSwitch
sudo systemctl enable --now ovs-vswitchd.service

      Arch Linux的FRR需从源代码安装。首先安装libyang：

      yay -S libyang3

      参照FRR官网文档进行从源代码构建安装，注意无需重新安装libyang。 安装文档

二、实验工具介绍

1. 整体框架

实验需要用到Mininet、Open vSwitch、WireShark等工具。

  • Mininet: 用来在单台计算机上创建一个包含多台网络设备的虚拟网络。
  • Open vSwitch: Mininet中使用的虚拟交换机。
  • WireShark: 抓包工具。

2. Mininet

2.1 Mininet命令行

  • 启动mininet
# shell prompt
mn -h # 查看mininet命令中的各个选项
sudo mn -c # 不正确退出时清理mininet
sudo mn #创建默认拓扑，两个主机h1、h2连接到同一交换机s1

image-20230313194555220

  • 常用命令
# mininet CLI 中输入
nodes # 查看网络节点
links # 查看网络连接的情况
net # 显示当前网络拓扑
dump # 显示当前网络拓扑的详细信息
xterm h1 # 给节点h1打开一个终端模拟器
sh [COMMAND] # 在mininet命令行中执行COMMAND命令
h1 ping -c3 h2 # 即h1 ping h2 3次
pingall # 即ping all
h1 ifconfig # 查看h1的网络端口及配置
h1 arp # 查看h1的arp表
link s1 h1 down/up # 断开/连接s1和h1的链路
exit # 退出mininet CLI

image-20230313194650955

2.2 创建拓扑

  • 命令行拓扑

    sudo mn --mac --topo=tree,m,n

    --mac 指定mac地址从1开始递增，而不是无序的mac，方便观察。

    --topo 指定拓扑参数，可选用single和linear等参数。

  • 自定义拓扑（方式1）：使用Mininet Python API创建自定义拓扑（你需要自己创建这个文件），并通过命令行运行：

    from mininet.topo import Topo

class MyTopo( Topo ):
    "Simple topology example."

    def build( self ):
        "Create custom topo."

        # Add hosts and switches
        leftHost = self.addHost( 'h1' )
        rightHost = self.addHost( 'h2' )
        leftSwitch = self.addSwitch( 's3' )
        rightSwitch = self.addSwitch( 's4' )

        # Add links
        self.addLink( leftHost, leftSwitch )
        self.addLink( leftSwitch, rightSwitch )
        self.addLink( rightSwitch, rightHost )


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

    命令行运行：

    sudo mn --custom 拓扑文件名.py --topo mytopo --controller=none

  • 自定义拓扑（方式2）：使用Mininet Python API直接创建并运行网络

    # sudo python topo_recommend.py
from mininet.topo import Topo
from mininet.net import Mininet
from mininet.cli import CLI
from mininet.log import setLogLevel
  
class S1H2(Topo):
    def build(self):
        s1 = self.addSwitch('s1')
        h1 = self.addHost('h1')
        h2 = self.addHost('h2')
  
        self.addLink(s1, h1)
        self.addLink(s1, h2)


def run():
    topo = S1H2()
    net = Mininet(topo)

    net.start()
    CLI(net)
    net.stop()


if __name__ == '__main__':
    setLogLevel('info') # output, info, debug
    run()

这种方式写法较为复杂，但简化了运行命令：

  sudo python 拓扑文件名.py

2.3 参考文档

进一步学习可以参考Mininet官网：http://mininet.org/

3. OVS

3.1 实验中常用的几条指令

  • 查看交换机的基本信息

以默认拓扑启动mininet ，打开新终端，输入sudo ovs-vsctl show

image-20230313195152796

image-20230313200543812

  • 生成树协议
sudo ovs-vsctl set bridge s1 stp_enable=true #开启STP，s1为设备名
sudo ovs-vsctl get bridge s1 stp_enable
sudo ovs-vsctl list bridge

  • 查看mac表

    • 启动mininet，注意禁用控制器，否则mac表可能学习不到内容
    image-20230313195444465
    • 对每个交换机执行sudo ovs-vsctl del-fail-mode xx，否则mac表将仍然学习不到东西
    image-20230313195750474
    • pingall令所有主机发送数据包，防止沉默主机现象
    image-20230313195937202
    • sudo ovs-appctl fdb/show xx查看mac表
    image-20230313200016697

3.2参考文档

OVS的详细学习可参考官方网站http://www.openvswitch.org/

4. WireShark

  • 虚拟机上的wireshark可以直接抓取交换机的包。在mininet CLI中执行主机名/交换机名 wireshark，则可以抓取主机/交换机的包，例如：

    h1 wireshark
    image-20250317194508172

三、实验任务

  • 使用Mininet的Python API搭建k=4的fat tree拓扑；
  • 使用pingall查看各主机之间的连通情况;
  • 若主机之间未连通，分析原因并解决（使用wireshark抓包分析）
  • 若主机连通，分析数据包的路径（提示：ovs-appctl fdb/show查看MAC表）
  • 完成实验报告并提交到思源学堂
  • 要求不能使用控制器

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2026 Experiments for COMP550705 Software Defined Networks: Lab 1

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