本文将介绍RYU中的网络感知服务，与基于网络服务的最短路径应用，主要内容包括网络资源感知模块，网络监控模块和基于网络信息的最短路由模块介绍。在一个真实的网络环境下，需掌握网络的实时动态，包括网络的资源以及网络流量状况，其中网络的信息包括交换机，端口，主机的信息，以及基于流的流量统计信息和基于端口的流量统计信息。在掌握这些关键的网络信息后，控制器就可以根据这些信息作出当下最正确的路由决策，完成网络的通信。
网络资源感知
网络资源感知模块用于感知网络资源的实时变化，包括拓扑信息以及主机信息的变化。任何网络应用，可达性都是最基本的要求。SDN网络的集中控制，使得控制器可以根据全局的信息作出***决策而无需在交换节点上采用分布式的路由算法。所以感知网络资源是SDN应用最基础的一项服务。
实现该模块的类为Network_Aware类，该类描述如下：
其中数据结构与其作用关系如下：
link_to_port字典存储交换机之间链路与端口的映射关系;
access_table字典存储主机的接入信息;
switch_port_table存储交换机端口列表;
access_ports存储外向端口(与终端连接的接口);
interior_ports存储内部端口;
grap存储网络拓扑图;
pre_link_to_port等带有pre前缀的数据结构用于保存上一次获取的信息，用于和当前获取信息做比较。
_discover函数是主循环函数
在_discover函数中，周期执行get_topology和是show_topology函数。在get_topology函数中，控制器可以获取到网络中的交换机和端口信息、链路信息、主机接入信息等。此外，控制器通过实时检测网络变化的异步事件来更新网络资源信息。show_topology函数则是将网络信息格式化地展示在终端中。由于前端开发能力有限，目前仅仅简单将后台数据展现在终端。
Note that:可以通过置位IS_UPDATE来控制是否输出信息。此外，若拓扑信息不发生变化，将不打印，即仅打印拓扑一次，直至拓扑更新。可以将判断中的and 修改为or,即可每次都打印。
图1.网络资源信息
网络流量监控
网络的信息除了物理资源信息以外，还包括逻辑链路等信息;获取流表信息可获得对应的逻辑连接信息。此外，获取网络的数据流量的统计情况对防止网络故障，合理优化网络等方面起到了重要的作用。网络流量监控模块实现了对端口流量和流表项流量的监控。应用可周期获取到流量信息，并在终端中输出展示。
实现网络流量监控的类为：Network_Monitor,具体描述如下：
其中数据结构的作用如下：
datapaths记录与控制器连接的datapath;
port_stats保存端口的统计信息;
port_speed保存端口的速率信息;
flow_stats保存流的统计信息;
flow_speed保存流的速率信息;
stats保存所有的统计信息;
port_link保存link的特性信息;
_monitor函数为主循环函数;
在主循环函数中，周期调用了self._request_stats和self.show_stat函数，前者用于下发统计信息请求报文，后者用于展现统计信息。统计信息回复报文处理函数为：_flow_stats_reply_handler和_port_stats_reply_handler，两者分别使用的@set_ev_cls装饰符，注册监听了对应的事件。至此流量统计模块已经完成了闭环，可以作为底层的服务为上层的应用提供实时的流量统计信息。
图2. 端口流量统计信息
图3.-流表项流量统计信息
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基于网络资源的最短路径
基于以上的网络资源感知模块与网络流量监控模块提供的数据，我们可以做很多事情，比如负载均衡等流量调度应用，有比如安全接入等安全应用。本小节介绍基于网络资源的最短路径应用。衡量最短路径的参考系是跳数，稍加修改可以变为剩余带宽，延时或者多参考系加权的方案。源代码链接：shortest_route最短路径应用流程图如下：
图4, 最短路由流程图
首先，查询主机表，若查找成功，则查询主机位置表，之后直接由控制器将ARP数据包发送给对应的端口，此时控制器并不做ARP的代理。当目标主机回复ARP时，将数据包直接发送到源主机的接入端口。从而完成了ARP的学习过程。由于此时已经掌握了主机的接入信息以及网络信息，当ICMP或其他数据包出发packet_in事件时，则可根据源目两个IP查询到接入交换机，再依据拓扑信息，计算最短路径，从而完成最短路由。若希望使用其他的参考标准来计算最短路径，只需修改计算最短路径的算法即可。
在网络初始化时，控制器并没有办法发现沉默的主机，原因在于我们没有进行DHCP分配，导致控制器没有掌握主机的IP/MAC信息。所以***步我们需要处理的数据包是ARP。处理流程具体如下所示：
图5. ARP处理流程图
Note that:本应用假设主机发起通信时需先发起ARP，不可通过其他途径获取到ARP的信息，否则控制器无法获得目的端主机接入信息，则无法完成路由。对于域外的主机，只需在找不到目的端时，将其送给出口网关即可。此时需使用到子网掩码，网段，路由等概念。本应用仅针对简单局域网计算路径。
图6. 流表项流量统计信息
总结
网络感知服务对于SDN网络而言非常重要，是一切网络应用的基础。充分利用网络资源的信息，可以对网络进行优化，提高网络的安全性。以上的Network_aware和monitor模块均可以直接做为APP的service app(在RYU中需在_CONTEXTS添加)提供数据服务，希望可以给有需要的读者提供一些帮助。
