Mininet多数据中心网络拓扑流量带宽实验

实验目的

1、掌握多数据中心网络拓扑的构建。
2、熟悉网络性能测试工具Iperf，根据实验测试SDN网络的性能。

实验环境

Mininet多数据中心网络拓扑流量带宽实验的拓扑如下图所示。

注：系统默认的账户为：
管理员权限用户名：root，密码：root@openlab；
普通用户用户名：openlab，密码：user@openlab。
可查看当前实验环境右侧“钥匙” 按钮获取对应的密码。

任务内容

1、通过Mininet模拟搭建基于不同数据中心的网络拓扑。
2、通过程序生成真实网络流量。

实验原理

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。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，通过建立测试环境来模拟真实的状况。此应用主要以数据中心网络为目标场景，在mininet仿真环境中尽可能地还原数据中心内部的真实流量情况。
Mininet数据中心应用价值：

• 树状拓扑结构容错能力强
• 降低数据中心成本消耗
• 提供重新排列的全带宽无阻碍路径
• 提高带宽利用率
• 分析数据中心网络流量性能
• 为真实数据中心和仿真测试床提供有用信息
  在mininet中进行自定义命令iperfmulti功能拓展主要分为4步：
  1.修改mininet/net.py
  2.修改mininet/cli.py
  3.修改bin/mn
  4.重新安装Mininet核心文件：~/mininet/util/install.sh -n

操作步骤

一、编写网络带宽测试程序

步骤1

登录Mininet所在虚机主机，打开命令行执行终端。

步骤2

执行sudo mkdir -p /home/sdnlab/log命令添加目录/home/sdnlab/log。

步骤3

执行命令sudo vi openlab/mininet/mininet/net.py打开net.py文件。

步骤4

在Mininet类中添加定义iperf_single()函数，实现在两个主机间进行iperf udp测试，并且在server端记录，具体代码如下，建议将代码放置在“def iperf”下。

       def iperf_single( self,hosts=None, udpBw='10M', period=60, 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***"
                server.cmd( iperfArgs + '-s -i 1' + ' > /home/sdnlab/log/' + filename + '&')
                print "***start client***"
                client.cmd(
                    iperfArgs + '-t '+ str(period) + ' -c ' + server.IP() + ' ' + bwArgs
                    +' > /home/sdnlab/log/' + 'client' + filename +'&')

说明：为方便用户实验，该段代码在/home/ftp/iperf_single.txt文件中已预置。

步骤5

在Mininet类中添加自定义命令iperfmulti()函数，iperfmulti函数主要是实现依次为每一台主机随机选择另一台主机作为iperf的服务器端，通过调用iperf_single，自身以客户端身份按照指定参数发送UDP流，服务器生成的报告以重定向的方式输出到文件中，使用iperfmulti命令，主机随机地向另一台主机发起一条恒定带宽的UDP数据流。具体代码如下所示,建议将代码放置在“def iperf_single”下。

 def iperfMulti(self, bw, period=60):
        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

        sleep(period)
        print "test has done"

说明：为方便用户实验，该段代码在/home/ftp/iperfmulti.txt文件中已预置。

步骤6

执行如下命令，打开cli.py文件。
$ sudo vi openlab/mininet/mininet/cli.py

步骤7

在cli.py中添加如下代码，注册iperfmulti命令。

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 period\n' +
                   'udpBw examples: 1M 120\n')

说明：为方便用户实验，该段代码在/home/ftp/do_iperfmulti.txt文件中已预置。

步骤8

执行命令sudo vi openlab/mininet/bin/mn打开mn文件，在mn中加入iperfmulti可执行命令，如下所示。

步骤9

执行如下命令，重新编译Mininet。

$ cd openlab/mininet/util
$./install.sh -n

步骤10

执行sudo mn命令创建一个topo，查看是否存在iperfmulti命令，以此验证iperfmulti是否成功。

步骤11

执行exit命令退出Mininet。

二、构建多数据中心网络拓扑

步骤1

执行如下命令，创建多数据中心拓扑创建脚本。

$ cd /home/openlab/openlab/mininet/custom
$ sudo vi fattree.py

步骤2

添加如下内容，通过python脚本自定义拓扑，创建包含两个数据中心的网络拓扑。

#!/usr/bin/python
"""Custom topology example
Adding the 'topos' dict with a key/value pair to generate our newly defined
topology enables one to pass in '--topo=mytopo' from the command line.
"""
from mininet.topo import Topo
from mininet.net import Mininet
from mininet.node import RemoteController,CPULimitedHost
from mininet.link import TCLink
from mininet.util import dumpNodeConnections

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

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

        # Initialize topology
        Topo.__init__( self )
        L1 = 2
        L2 = L1 * 2 
        L3 = L2
        c = []
        a = []
        e = []

        # add core ovs  
        for i in range( L1 ):
                sw = self.addSwitch( 'c{}'.format( i + 1 ) )
                c.append( sw )

        # add aggregation ovs
        for i in range( L2 ):
                sw = self.addSwitch( 'a{}'.format( L1 + i + 1 ) )
                a.append( sw )

        # add edge ovs
        for i in range( L3 ):
                sw = self.addSwitch( 'e{}'.format( L1 + L2 + i + 1 ) )
                e.append( sw )

        # add links between core and aggregation ovs
        for i in range( L1 ):
                sw1 = c[i]
                for sw2 in a[i/2::L1/2]:
                # self.addLink(sw2, sw1, bw=10, delay='5ms', loss=10, max_queue_size=1000, use_htb=True)
                        self.addLink( sw2, sw1 )

        # add links between aggregation and edge ovs
        for i in range( 0, L2, 2 ):
                for sw1 in a[i:i+2]:
                    for sw2 in e[i:i+2]:
                        self.addLink( sw2, sw1 )

        #add hosts and its links with edge ovs
        count = 1
        for sw1 in e:
                for i in range(2):
                    host = self.addHost( 'h{}'.format( count ) )
                    self.addLink( sw1, host )
                    count += 1
topos = { 'mytopo': ( lambda: MyTopo() ) }

Mininet创建网络拓扑的代码中，可以通过改变代码中定义的L1变量来设置核心交换机的数量，并通过添加额外的交换机和链路来构成更复杂的数据中心网络拓扑。随着边缘交换机的增加，主机个数也随之增长，利用Mininet的易用性和扩展性，可以创建基于多种数据中心场景下的网络拓扑，达到更好更全面的实验效果。
说明：为方便用户实验，该段代码在/home/ftp/fattree.py文件中已预置。

步骤3

登录控制器主机，打开命令行执行终端，执行ifconfig命令查看主机的IP地址。

说明：本实验中主机的IP地址为30.0.1.69，具体实验根据实际情况为准。

步骤4

切换到Mininet主机，执行如下命令，启动Mininet，生成测试拓扑结构。
# sudo mn --custom fattree.py --topo mytopo --controller=remote,ip=30.0.1.69,port=6653

步骤5

执行pingall命令，验证主机间的连通性。

步骤6

登录控制器，打开浏览器，输入URL地址：http://30.0.1.69:8181/index.html 查看ODL控制器Web页面拓扑，用户名密码分别为admin/admin，结果如下所示。

三、测试TCP网络带宽

步骤1

切换到Mininet主机，执行命令iperf h1 h2在h1和h2之间进行iperf操作，测试同一交换机内部的主机间连通性及通信带宽。

步骤2

执行命令iperf h1 h3在h1和h3之间进行iperf操作，测试相同汇聚交换机下不同机架的主机间连通性及通信带宽。

步骤3

执行命令iperf h1 h5在h1和h5之间进行iperf操作，测试相同核心交换机不同汇聚交换机下的主机间连通性及通信带宽。

步骤4

执行命令iperfmulti 0.025M设置带宽参数为0.025M，将能看到8台主机随机地向另外一台主机发送数据包。

步骤5

打开新的命令行执行窗口，执行如下命令查看数据记录，如下所示。

$ cd /home/sdnlab/log
$ ll

步骤6

执行命令sudo vi 1.out打开服务端数据记录，如下所示。

步骤7

执行命令sudo vi client1.out打开客户端数据记录，如下所示。

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