OpenFlow入門@Trema

OpenFlow環境構築

OpenFlowを学習するための環境構築を行う。
今回は、開発・学習コストが比較的低い「Trema」を採用し、その入門であるHello,Trema!
(https://yasuhito.github.io/trema-book/#hello_trema)
を実装する。
プログラムの解説は省略します。

開発環境

• OS Ⅹ EL Capitan
• Vitualbox(5.1.0)
• Vagrant(1.9.1)
• Ubuntu16.04
• Trema 0.10.1
• ruby 2.3.1
• OpenFlow 1.0

Tremaとは

TremaはNECによって開発されたOpenFlow1.0準拠のフルスタックのOpenFlowコントローラフレームワーク。
プログラミング言語としてはRubyに対応していて、GPL v2ライセンスで提供されている。
現在では、Tremaのフレームワークである「Trema edge」においてOpenFlow 1.3に対応している。

TremaはLinux用のソフトウェアで以下のディストリビューションで動作が可能。

• Ubuntu Linux
• Debian GNU/Linux
• CentOS 6 系, 7系

Tremaに必要なソフトウェアは以下

• sudo : Tremaはroot権限でコマンドを実行する
• Ruby : Tremaを使ったコントローラの開発にもRubyを使う
• Bundler : Rubyライブラリのインストーラ
• Open VSwitch : OpenFlow に対応したソフトウェアスイッチの一種

Tremaの開発・学習コストが比較的低いと言われる理由は、仮想マシン1台でOpenFlowスイッチ・OpenFlow コントローラ・ホストの動作を確認できる点にある。

他のOpenFlowコントローラフレームワークを用いる場合には、仮想マシンを複数立てたり、Mininetを利用する必要がある。

さっそく環境構築

Vagrantで仮想マシンを立てる

• Vagrantfile(だいぶ適当です。。)

Vagrant.configure("2") do |config|
  config.vm.box = "bento/ubuntu-16.04"
  #Vitual boxのケーブル接続設定
  config.vm.provider "virtualbox" do |vb|
   vb.customize ["modifyvm", :id, "--cableconnected1", "on"]
  end

  config.vm.define "trema" do |trema|
    #ホスト名の設定
    trema.vm.hostname = "trema"

	#ホストOSと通信するIPアドレスの設定
    trema.vm.network "private_network", ip: "192.168.33.33"

  end

  #ansibleの設定
  config.vm.provision "ansible" do |ansible|
    ansible.playbook = "provisioning/site.yml"
    ansible.inventory_path = "provisioning/hosts"
    ansible.limit = 'all'
  end
end

• 仮想マシンの起動・SSH

$ vagrant up
$ vagrant provison (ansibleを利用していない人は省略)
$ vagrant ssh trema

Rubyのインストール

以下のサイトを参考にしました。
http://kinnnikutsuu.blogspot.jp/2016/12/linuxtrema-ruby-httpsgorails.html

• Ruby 2.3.1 を入れる(他のバージョンでもいけるかも)

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install git-core curl zlib1g-dev build-essential libssl-dev libreadline-dev libyaml-dev libsqlite3-dev sqlite3 libxml2-dev libxslt1-dev libcurl4-openssl-dev python-software-properties libffi-dev
$ cd
$ wget http://ftp.ruby-lang.org/pub/ruby/2.3/ruby-2.3.1.tar.gz
$ tar -xzvf ruby-2.3.1.tar.gz
$ cd ruby-2.3.1/
$ ./configure
$ make
$ sudo make install
$ ruby -v
ruby 2.3.1p112 (2016-04-26 revision 54768) [x86_64-linux]

• Tremaの最新バージョン[0.10.1]に対応しているBundlerのバージョンを指定して、インストールする

$ gem install bundler -v 1.11.2

Open vSwitchのインストール

$ sudo apt-get install -y openvswitch-switch
$ sudo service openvswitch-switch start

Hello,Trema!

Hello Trema!はもっとも簡単なOpenFlowコントローラである。その機能はOpen vSwitchと接続して Hello, 0x1! (0x1 はOpen vSwitchに割り当てたdatapath-id) と表示する。

設定ファイル記述

• ディレクトリ構成
  プロジェクト用のディレクトリ「hello_trema」内にOpenFlowコントローラに関するすべてのファイルを置く。

└ hello_trema   
　├ lib  
　　　└ hello_trema.rb 
　├ trema.conf   
　└ Gemfile

• hello_trema.rb
  ソースコード用のディレクトリ「lib」内にOpenFlowコントローラー本体の実装を行う。

# Hello World!
class HelloTrema < Trema::Controller
  # Tremaの起動後に出力
  def start(_args)
    logger.info 'Trema started.'
  end
  
  # Open vSwitchと接続後に出力
  def switch_ready(datapath_id)　
    logger.info "Hello #{datapath_id.to_hex}!"
  end
end

• trema.comf
  プログラムの実行には、OpenFlowスイッチが1台必要であるため、設定ファイル「trema.conf」に記述する。

vswitch {datapath_id 0x1}

• Gemfile
  gemの取得元https://rubygems.orgを指定し、Tremaの実行環境(0.10.1)を取得する

source 'https://rubygems.org/'
 
gem 'trema','~> 0.10.1'

Tremaのインストール

Bundlerを利用し、Gemfileに記述した実行環境をセットアップする。Gemfile に記述したTremaと、それに依存するgemファイル一式を自動的にインストールし、Tremaの実行コマンドを「bin」ディレクトリに生成します。

$ bundle install --binstubs
$ ./bin/trema -v

セットアップにエラーがなく、Tremaが正常にインストールされていればOK

Tremaの実行

$ cd hello_trema
$ ./bin/trema run ./lib/hello_trema.rb -c trema.conf

Trema started.
Hello 0x1!

Open vSwitchと接続して、割り当てたdatapath-idである 「Hello, 0x1!」 が表示されれば完了。

おわりに

今回は、Tremaの入門である「Hello,Trema！」を実行する環境を構築した。

Tremaは仮想スイッチ(OpenvSwitch)などの情報をtrema.confに記述して実行することで、仮想マシン1台でスイッチとコントローラの動作を検証することができる。

構成は以下のようになっている。

前述した通り、OpenFlowスイッチはローカルループバック 127.0.0.1 経由でOpenFlowフレームワーク Trema と接続している。

つまり、この間のやり取りを見たい場合、以下のコマンドで観察できる。

$ tcpdump -i lo

おまけ

ネットワークネームスペース機能(netns)を利用することで独立した仮想的なネットワーク環境を作ることもできます。
これによって、様々な環境をエミュレートすることができます。

以下にその例を記述します。

• trema.comf

vswitch('0x1') { dpid 0x1 }
netns('host1') {
  ip '192.168.1.2'
  netmask '255.255.255.0'
  route net: '0.0.0.0', gateway: '192.168.1.1'
}
netns('host2') {
  ip '192.168.2.2'
  netmask '255.255.255.0'
  route net: '0.0.0.0', gateway: '192.168.2.1'
}
link '0x1', 'host1'
link '0x1', 'host2'

• 構成図

Tremaの魅力を分かって頂けたでしょうか？

OpenFlow初心者は、まずリピータハブ・スイッチングハブ、ルータの動作を実現してみるといいと思います。

それでは、TremaからOpenFlowを楽しく勉強しましょう!!