软件定义网络（SDN）是一种新兴的、控制与转发分离并直接可编程的网络架构。
其中一般具有两个平面，即控制平面和数据平面：

SDN 架构
SDN 架构

Mininet 是一个网络仿真工具，可以方便地模拟各种规模的网络，在这里我们将其用作数据平面。
Ryu 是一个 SDN 控制器（网络操作系统）框架，可以高效简便地开发 SDN 控制器软件，在这里我们将其用作控制平面。

接下来，本文将参考官方的说明文档，介绍安装 Mininet、Ryu 和相关工具的过程，同时记录笔者在安装过程中出现的常见问题和解决方案。

下载官方镜像

Download/Get Started With Mininet - Mininet

建议采用官方教程中的 Option 1 进行安装，即下载安装预先打包好的虚拟机镜像。

配置虚拟机

  1. 根据官方的安装指引，可以选择多种虚拟机平台，这里依照个人喜好采用了 VMware Workstation Pro。

  2. 预打包的镜像是基于 Ubuntu 系统的，为方便在国内网络环境下使用，需要修改 Source List 和配置 pypi 源。
    为了文章简单，这里以 清华大学开源软件镜像站 为例：

  3. （可选）切换 Shell。zsh 可以让操作更加遍历，不过需要一些额外的配置。参考 Oh My Zsh - a delightful & open source framework for Zsh。

  4. （可选）拍摄快照，方便虚拟机出现问题时迅速恢复。

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安装 Ryu

Ryu 是一个 Python Package，可以通过 pip 快捷安装：

sudo pip3 install ryu

更加详细的安装过程可以参考：

Welcome to RYU the Network Operating System(NOS) — Ryu 4.34 documentation

启用 X11 Forwarding

为了能够让官方的无头(headless) 配置虚拟机能够显示 Wireshark 等具有 GUI 的程序，可采用 X11 转发的方式，在本地上显示程序的图像。

几点概念

  • X11 转发是基于 SSH 协议实现的功能
  • X11 转发中有 Client 和 Server 之别。

假设此时你打算用一台 Windows 上的 SSH 连接到另一台 Linux 主机并在上面运行 Wireshark，那么 Windows 是 Server，Linux 就是 Client。看上去这有点违反直觉，因为在传统的 C/S 模式中，Linux 在提供服务，我们在 Windows 上接收服务。

但事实上，Windows 上运行的 X11 Server 就像一个画布，Linux 上的 X11 Client 就像一个画家。Server 同显示器等硬件打交道，为画家（Client）提供绘图的必要服务。画家处理数据并对用户的做出响应，在画布（Server）上展示出来。（参见鸟哥的Linux私房菜）

操作步骤

  1. 安装 vcxsrv；

  2. 修改服务端参数使之开启 X11 转发；

    打开 /etc/ssh/ssh_config 确保：

    X11Forwarding yes

    重启 sshd 服务。

  3. 打开本地（Windows）上的 XLaunch，启动一个 X Server。记住启动完成后右下角状态栏图标上显示的名称。

    例如：Leo-Laptop:0.0

  4. SSH 连接主机（Linux），并启用 X11 转发。

    ssh -X username@host

  5. 在主机上导入变量指定转发到的客户端：

    export DISPLAY="Server Name"

    其中 “Server Name” 是第 3 步中启动的 X Server 的名称，例如 Leo-Laptop:0.0。

  6. 启动服务，以 Wireshark 为例：

    sudo -E wireshark &

    或：

    sudo HOME=~ wireshark &

    其中：& 代表在后台执行该命令，不必等待程序退出；

    -E 使得 sudo 指令继承当前用户的环境变量；

    HOME=~ 使得 sudo 执行时设置 HOME 变量为 ~ （当前用户的家目录）。

    之所以要这样做，是因为以 root 身份执行 Wireshark 时，Wireshark 会尝试访问 root 用户的家目录，而 X11 Forwarding 时并没有权限访问 root 的家目录，所以需要我们指定家目录为当前用户的家目录，避免出现权限不足运行出错。

配置 VSCode

每次在本地写完代码然后拷贝到虚拟机内测试运行，十分麻烦。

  1. 下载 Remote-SSH 拓展

  2. 到虚拟机内获取 IP 地址：

    ip addr | grep eth0

  3. 在VSCode左下角选择远程连接，添加新主机，输入 IP 地址连接。

    image-20211020125336271.png
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  4. （可选）最好生成一对密钥用于登录，否则每次操作都要输入密码，比较麻烦。

测试 Mininet

运行以下命令，可以在 Mininet 中生成一个具有三个主机的拓扑，同时使用 Pingall 指令对连通性进行测试。

sudo mn --test pingall --topo single,3

image-20211020190741987.png
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后记

到这里基本上环境搭建就完成了，接下来会更新几篇博客，记录一下 “网络算法基础” 课程的 4 个 Project，供 Mininet 和 Ryu 学习者参考。