트래픽 모니터¶
이 장에서는 「 스위칭 허브 」에서 다루었던 스위칭 허브에 OpenFlow 스위치 통계 정보를 모니터링하는 기능을 추가하는 법에 대해 살펴봅니다.
네트워크 정기 검사¶
네트워크는 이미 많은 서비스 및 비즈니스 인프라가 있기 때문에 정상 상태 및 안정적인 가동이 유지되기를 요구합니다. 그러나, 항상 뭔가 문제 가 발생합니다.
네트워크에 이상이 발생했을 경우, 신속하게 원인을 파악하고 복구시켜야 됩니다. 말할 것도 없이, 이상을 감지하고 원인을 파악하기 위해서는 평소부터 네트워크의 상태를 잘 이해할 필요가 있습니다. 예를 들어, 네트워크 장비 내 포트에서 트래픽 양이 매우 높은 값을 보여주는 경우, 그것이 비정상적인 상태인지 정상 상태인지, 또는 언제부터 이렇게 되었는가하는 것은, 지속적으로 해당 포트의 트래픽 양을 측정하지 않으면 판단할 수 없습니다.
그래서, 네트워크의 건강 상태를 지속적으로 모니터링하고 계속하는 것은, 해당 네트워크를 사용하는 서비스와 업무의 지속적인 안정적 운용을 위해서도 필수입니다. 물론, 트래픽 정보를 단순히 모니터링한다고 해서 완벽한 보장을 하지는 않습니다. 하지만, 이 장에서는 OpenFlow를 사용해 스위치의 통계 정보를 얻는 방법에 대해 설명하고자 합니다.
트래픽 모니터 구현¶
다음은 「 스위칭 허브 」에서 설명한 스위칭 허브에 트래픽 모니터 기능을 추가한 소스 코드입니다.
from operator import attrgetter
from ryu.app import simple_switch_13
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER, DEAD_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
from ryu.lib import hub
class SimpleMonitor(simple_switch_13.SimpleSwitch13):
def __init__(self, *args, **kwargs):
super(SimpleMonitor, self).__init__(*args, **kwargs)
self.datapaths = {}
self.monitor_thread = hub.spawn(self._monitor)
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPStateChange,
[MAIN_DISPATCHER, DEAD_DISPATCHER])
def _state_change_handler(self, ev):
datapath = ev.datapath
if ev.state == MAIN_DISPATCHER:
if not datapath.id in self.datapaths:
self.logger.debug('register datapath: %016x', datapath.id)
self.datapaths[datapath.id] = datapath
elif ev.state == DEAD_DISPATCHER:
if datapath.id in self.datapaths:
self.logger.debug('unregister datapath: %016x', datapath.id)
del self.datapaths[datapath.id]
def _monitor(self):
while True:
for dp in self.datapaths.values():
self._request_stats(dp)
hub.sleep(10)
def _request_stats(self, datapath):
self.logger.debug('send stats request: %016x', datapath.id)
ofproto = datapath.ofproto
parser = datapath.ofproto_parser
req = parser.OFPFlowStatsRequest(datapath)
datapath.send_msg(req)
req = parser.OFPPortStatsRequest(datapath, 0, ofproto.OFPP_ANY)
datapath.send_msg(req)
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPFlowStatsReply, MAIN_DISPATCHER)
def _flow_stats_reply_handler(self, ev):
body = ev.msg.body
self.logger.info('datapath '
'in-port eth-dst '
'out-port packets bytes')
self.logger.info('---------------- '
'-------- ----------------- '
'-------- -------- --------')
for stat in sorted([flow for flow in body if flow.priority == 1],
key=lambda flow: (flow.match['in_port'],
flow.match['eth_dst'])):
self.logger.info('%016x %8x %17s %8x %8d %8d',
ev.msg.datapath.id,
stat.match['in_port'], stat.match['eth_dst'],
stat.instructions[0].actions[0].port,
stat.packet_count, stat.byte_count)
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPortStatsReply, MAIN_DISPATCHER)
def _port_stats_reply_handler(self, ev):
body = ev.msg.body
self.logger.info('datapath port '
'rx-pkts rx-bytes rx-error '
'tx-pkts tx-bytes tx-error')
self.logger.info('---------------- -------- '
'-------- -------- -------- '
'-------- -------- --------')
for stat in sorted(body, key=attrgetter('port_no')):
self.logger.info('%016x %8x %8d %8d %8d %8d %8d %8d',
ev.msg.datapath.id, stat.port_no,
stat.rx_packets, stat.rx_bytes, stat.rx_errors,
stat.tx_packets, stat.tx_bytes, stat.tx_errors)
SimpleSwitch13을 상속하는 SimpleMonitor 클래스에 트래픽 모니터링 기능을 구현하고 있기 때문에, 여기에는 패킷 전송에 대한 처리 부분이 없습니다.
고정 주기 처리¶
스위칭 허브의 처리와 병행하여 주기적으로 통계 정보를 얻기 위해 OpenFlow 스위치에 요청하는 스레드를 생성합니다.
from operator import attrgetter
from ryu.app import simple_switch_13
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER, DEAD_DISPATCHER
from ryu.controller.handler import set_ev_cls
from ryu.lib import hub
class SimpleMonitor(simple_switch_13.SimpleSwitch13):
def __init__(self, *args, **kwargs):
super(SimpleMonitor, self).__init__(*args, **kwargs)
self.datapaths = {}
self.monitor_thread = hub.spawn(self._monitor)
# ...
ryu.lib.hub 에는 몇 가지 eventlet wrapper와 기본 클래스 구현이
있습니다. 여기에서는 스레드를 생성하는 hub.spawn () 을 사용합니다.
실제로 생성되는 스레드는 eventlet green thread입니다.
# ...
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPStateChange,
[MAIN_DISPATCHER, DEAD_DISPATCHER])
def _state_change_handler(self, ev):
datapath = ev.datapath
if ev.state == MAIN_DISPATCHER:
if not datapath.id in self.datapaths:
self.logger.debug('register datapath: %016x', datapath.id)
self.datapaths[datapath.id] = datapath
elif ev.state == DEAD_DISPATCHER:
if datapath.id in self.datapaths:
self.logger.debug('unregister datapath: %016x', datapath.id)
del self.datapaths[datapath.id]
def _monitor(self):
while True:
for dp in self.datapaths.values():
self._request_stats(dp)
hub.sleep(10)
# ...
스레드 함수 _monitor () 에서 등록된 스위치에 대한 통계 가져오기
요청을 10 초 간격으로 무한 반복합니다.
연결된 스위치를 모니터링하기 때문에 스위치의 접속 및 접속 끊김에 대한
EventOFPStateChange 이벤트를 이용하고 있습니다. 이 이벤트는 Ryu 프레임
워크가 발행하는 것으로, Datapath의 상태가 바뀌었을 때에 발행됩니다.
여기에서는 Datapath 상태가 MAIN_DISPATCHER 가 될 때, 해당 스위치는
모니터링 대상으로 등록되고, DEAD_DISPATCHER 가 될 때, 등록이 삭제됩니다.
# ...
def _request_stats(self, datapath):
self.logger.debug('send stats request: %016x', datapath.id)
ofproto = datapath.ofproto
parser = datapath.ofproto_parser
req = parser.OFPFlowStatsRequest(datapath)
datapath.send_msg(req)
req = parser.OFPPortStatsRequest(datapath, 0, ofproto.OFPP_ANY)
datapath.send_msg(req)
# ...
주기적으로 호출되는 _request_stats () 는 스위치에
OFPFlowStatsRequest 와 OFPPortStatsRequest 를 발행하고 있습니다.
OFPFlowStatsRequest 는 플로우 항목에 대한 통계를 스위치에 요청합니다.
테이블 ID, 출력 포트, cookie 값, 매치 등의 상태를 통해 요청 대상 플로우 항목
을 좁힐 수 있지만, 여기에서는 모든 플로우 항목을 대상으로 하고 있습니다.
OFPPortStatsRequest 는 포트 관련 통계 정보를 스위치에 요청합니다.
원하는 포트 번호를 정보 수집을 위해 지정할 수 있습니다. 여기에서는 OFPP_ANY 를 지정하여
모든 포트의 통계 정보를 요청하고 있습니다.
FlowStats¶
스위치로부터 응답을 받기 위해 FlowStatsReply 메시지를 수신하는 이벤트 처리기를 생성합니다.
# ...
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPFlowStatsReply, MAIN_DISPATCHER)
def _flow_stats_reply_handler(self, ev):
body = ev.msg.body
self.logger.info('datapath '
'in-port eth-dst '
'out-port packets bytes')
self.logger.info('---------------- '
'-------- ----------------- '
'-------- -------- --------')
for stat in sorted([flow for flow in body if flow.priority == 1],
key=lambda flow: (flow.match['in_port'],
flow.match['eth_dst'])):
self.logger.info('%016x %8x %17s %8x %8d %8d',
ev.msg.datapath.id,
stat.match['in_port'], stat.match['eth_dst'],
stat.instructions[0].actions[0].port,
stat.packet_count, stat.byte_count)
# ...
OPFFlowStatsReply 클래스의 속성인 body 는 OFPFlowStats 목록에서
FlowStatsRequest의 대상이 된 각 플로우 항목의 통계 정보가 포함되어 있습니다.
우선 순위가 0 인 Table-miss 플로우를 제외하고 모든 플로우 항목 을 선택합니다. 수신 포트와 대상 MAC 주소로 정렬하여 각각의 플로우 항목과 매치되는 패킷과 바이트를 출력합니다.
또한, 여기에서는 일부 숫자들만 로그에 출력되고 있지만, 지속적으로 정보
를 수집하고 분석하려면 외부 프로그램과의 연계가 필요할 것입니다. 그런
경우 OFPFlowStatsReply 의 내용을 JSON 형식으로 변환할 수 있습니다.
예를 들어 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
import json
# ...
self.logger.info('%s', json.dumps(ev.msg.to_jsondict(), ensure_ascii=True,
indent=3, sort_keys=True))
이 경우 다음과 같이 출력됩니다.
{
"OFPFlowStatsReply": {
"body": [
{
"OFPFlowStats": {
"byte_count": 0,
"cookie": 0,
"duration_nsec": 680000000,
"duration_sec": 4,
"flags": 0,
"hard_timeout": 0,
"idle_timeout": 0,
"instructions": [
{
"OFPInstructionActions": {
"actions": [
{
"OFPActionOutput": {
"len": 16,
"max_len": 65535,
"port": 4294967293,
"type": 0
}
}
],
"len": 24,
"type": 4
}
}
],
"length": 80,
"match": {
"OFPMatch": {
"length": 4,
"oxm_fields": [],
"type": 1
}
},
"packet_count": 0,
"priority": 0,
"table_id": 0
}
},
{
"OFPFlowStats": {
"byte_count": 42,
"cookie": 0,
"duration_nsec": 72000000,
"duration_sec": 57,
"flags": 0,
"hard_timeout": 0,
"idle_timeout": 0,
"instructions": [
{
"OFPInstructionActions": {
"actions": [
{
"OFPActionOutput": {
"len": 16,
"max_len": 65509,
"port": 1,
"type": 0
}
}
],
"len": 24,
"type": 4
}
}
],
"length": 96,
"match": {
"OFPMatch": {
"length": 22,
"oxm_fields": [
{
"OXMTlv": {
"field": "in_port",
"mask": null,
"value": 2
}
},
{
"OXMTlv": {
"field": "eth_dst",
"mask": null,
"value": "00:00:00:00:00:01"
}
}
],
"type": 1
}
},
"packet_count": 1,
"priority": 1,
"table_id": 0
}
}
],
"flags": 0,
"type": 1
}
}
PortStats¶
스위치로부터 응답을 받기 위해 PortStatsReply 메시지를 수신하는 이벤트 처리기를 생성합니다.
# ...
@set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPortStatsReply, MAIN_DISPATCHER)
def _port_stats_reply_handler(self, ev):
body = ev.msg.body
self.logger.info('datapath port '
'rx-pkts rx-bytes rx-error '
'tx-pkts tx-bytes tx-error')
self.logger.info('---------------- -------- '
'-------- -------- -------- '
'-------- -------- --------')
for stat in sorted(body, key=attrgetter('port_no')):
self.logger.info('%016x %8x %8d %8d %8d %8d %8d %8d',
ev.msg.datapath.id, stat.port_no,
stat.rx_packets, stat.rx_bytes, stat.rx_errors,
stat.tx_packets, stat.tx_bytes, stat.tx_errors)
OPFPortStatsReply 클래스의 속성 body 은 OFPPortStats 의 목록에
있습니다.
OFPPortStats 에는 포트 번호, 송수신 각각의 패킷 수, 바이트 수, 드롭
개수, 오류 개수, 프레임 오류 개수, 오버런 개수, CRC 오류 개수, 충돌 개수 등
통계 정보가 저장됩니다.
여기에서는 포트 번호별로 정렬하고 수신 패킷 개수, 수신된 바이트 수신 오류 개수, 전송 패킷 수, 송신 바이트 수, 전송 오류 개수를 출력합니다.
트래픽 모니터 실행¶
그럼 실제로 이 트래픽 모니터를 실행 해 봅시다.
먼저 「 스위칭 허브 」와 같이 Mininet을 실행합니다. 여기서 스위치 OpenFlow 버전에 OpenFlow13을 설정하는 것을 잊지 마십시오.
다음, 이제, 트래픽 모니터를 실행합니다.
controller: c0:
ryu@ryu-vm:~# ryu-manager --verbose ./simple_monitor.py
loading app ./simple_monitor.py
loading app ryu.controller.ofp_handler
instantiating app ./simple_monitor.py
instantiating app ryu.controller.ofp_handler
BRICK SimpleMonitor
CONSUMES EventOFPStateChange
CONSUMES EventOFPFlowStatsReply
CONSUMES EventOFPPortStatsReply
CONSUMES EventOFPPacketIn
CONSUMES EventOFPSwitchFeatures
BRICK ofp_event
PROVIDES EventOFPStateChange TO {'SimpleMonitor': set(['main', 'dead'])}
PROVIDES EventOFPFlowStatsReply TO {'SimpleMonitor': set(['main'])}
PROVIDES EventOFPPortStatsReply TO {'SimpleMonitor': set(['main'])}
PROVIDES EventOFPPacketIn TO {'SimpleMonitor': set(['main'])}
PROVIDES EventOFPSwitchFeatures TO {'SimpleMonitor': set(['config'])}
CONSUMES EventOFPErrorMsg
CONSUMES EventOFPPortDescStatsReply
CONSUMES EventOFPHello
CONSUMES EventOFPEchoRequest
CONSUMES EventOFPSwitchFeatures
connected socket:<eventlet.greenio.GreenSocket object at 0x343fb10> address:('127.0.0.1', 55598)
hello ev <ryu.controller.ofp_event.EventOFPHello object at 0x343fed0>
move onto config mode
EVENT ofp_event->SimpleMonitor EventOFPSwitchFeatures
switch features ev version: 0x4 msg_type 0x6 xid 0x7dd2dc58 OFPSwitchFeatures(auxiliary_id=0,capabilities=71,datapath_id=1,n_buffers=256,n_tables=254)
move onto main mode
EVENT ofp_event->SimpleMonitor EventOFPStateChange
register datapath: 0000000000000001
send stats request: 0000000000000001
EVENT ofp_event->SimpleMonitor EventOFPFlowStatsReply
datapath in-port eth-dst out-port packets bytes
---------------- -------- ----------------- -------- -------- --------
EVENT ofp_event->SimpleMonitor EventOFPPortStatsReply
datapath port rx-pkts rx-bytes rx-error tx-pkts tx-bytes tx-error
---------------- -------- -------- -------- -------- -------- -------- --------
0000000000000001 1 0 0 0 0 0 0
0000000000000001 2 0 0 0 0 0 0
0000000000000001 3 0 0 0 0 0 0
0000000000000001 fffffffe 0 0 0 0 0 0
「 스위칭 허브 」에서는 ryu-manager 명령 에 SimpleSwitch13 모듈 이름 (ryu.app.simple_switch_13)을 지정했지만, 여기에서는 SimpleMonitor의 파일 이름 (./simple_monitor.py)을 지정합니다.
여기서는, 플로우 항목이 없고, (Table-miss 플로우 항목은 표시되지 않습니다) 각 포트의 개수도 모두 0입니다.
호스트 1에서 호스트 2로 ping을 실행하자.
host: h1:
root@ryu-vm:~# ping -c1 10.0.0.2
PING 10.0.0.2 (10.0.0.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_req=1 ttl=64 time=94.4 ms
--- 10.0.0.2 ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
rtt min/avg/max/mdev = 94.489/94.489/94.489/0.000 ms
root@ryu-vm:~#
패킷 전송 및 플로우 항목이 등록되고 통계 정보가 변경됩니다.
controller: c0:
datapath in-port eth-dst out-port packets bytes
---------------- -------- ----------------- -------- -------- --------
0000000000000001 1 00:00:00:00:00:02 2 1 42
0000000000000001 2 00:00:00:00:00:01 1 2 140
datapath port rx-pkts rx-bytes rx-error tx-pkts tx-bytes tx-error
---------------- -------- -------- -------- -------- -------- -------- --------
0000000000000001 1 3 182 0 3 182 0
0000000000000001 2 3 182 0 3 182 0
0000000000000001 3 0 0 0 1 42 0
0000000000000001 fffffffe 0 0 0 1 42 0
플로우 항목의 통계 정보에 따르면, 수신 포트 1의 플로우에 매치된 트래픽 은 1 패킷, 42 바이트라고 기록되어 있습니다. 수신 포트 2에서는 2 패킷, 140 바이트로 기록되어 있습니다.
포트 통계 정보에 따르면, 포트 1의 수신 패킷 수 (rx-pkts)는 3, 수신 바이트 수 (rx-bytes)는 182 바이트, 포트 2는 3 패킷, 182 바이트라고 되어 있습니다.
플로우 항목의 통계 정보와 해당 포트의 통계 화면이 일치하지는 않습니다. 이유는 플로우 항목의 통계 정보가 해당 항목에 매치되고 전송된 패킷 정보이기 때문입니다. 즉, Table-miss에 의해 Packet-In을 발행되어 Packet-Out으로 전송된 패킷은 해당 통계의 대상에 포함되지 않기 때문입니다.
이 경우, 호스트 1이 먼저 브로드 캐스트한 ARP 요청, 호스트 2가 호스트 1에 반환하는 ARP 응답, 그리고 호스트 1에서 호스트 2로 발행하는 echo 요청인 3개의 패킷이 있고, (모두) Packet-Out 의해 전송됩니다. 이러한 이유로, 포트 통계치는 플로우 항목의 통계치보다 많습니다.
정리¶
이 장에서는 통계 정보 수집 기능을 주제로 하여, 다음 항목들을 설명하였습니다.
- Ryu 응용 프로그램에서의 스레드 생성 방법
- Datapath의 상태 변화 확인
- FlowStats 및 PortStats 수집 방법