Mininet

Mininet 把若干个 Linux network namespace 拼起来当作虚拟主机，再用 veth pair 接到 OVS 之类的软件交换机上，于是一台普通笔记本就能跑出几十节点的网络拓扑。所有主机跑的都是真实 Linux 协议栈，交换机说的是 OpenFlow，所以它常被拿来做 SDN 实验、复现论文拓扑或者教学。

下面笔记基于 Mininet 2.3.x（Python 3，Ubuntu 22.04/24.04 验证）。

安装

官方仓库源码安装最稳：

shell

git clone https://github.com/mininet/mininet
cd mininet
git tag                                  # 查看可用版本
git checkout -b mininet-2.3.0 2.3.0      # 可选：切到稳定版
cd ..
mininet/util/install.sh [选项]

install.sh 常用开关：

选项	含义
`-a`	全家桶：Mininet + OVS + OpenFlow 参考交换机 + POX + Wireshark 解码器
`-nfv`	精简版：仅 Mininet、参考交换机、OVS
`-s DIR`	把源码放到 `DIR`，默认装在 `$HOME` 下
`-n`	只重装 Mininet 核心 Python 包（修改源码后用得最多）
`-w`	单独装 Wireshark 与 OpenFlow 解码器
`-h`	列出全部子项

装完冒烟测试一下：

shell

sudo mn --switch ovsbr --test pingall

ovsbr 是 OVS 的独立桥模式，不挂控制器也能转发，适合验证安装本身有没有问题。

一点底层背景：network namespace

理解 Mininet 的关键就一句话：每台 host 各自一个 netns，交换机默认留在 root netns。

h1 ifconfig 看到的 h1-eth0 在主机 root shell 里 ifconfig 找不到，因为它属于 h1 的命名空间；
s1 ifconfig 实际等价于在 root netns 跑，所以它能看到外网卡 eth0；
veth pair 一端在 host 的 netns、另一端落在 OVS 上，OVS 按 OpenFlow 流表转发；
sudo mn -c 之所以能修复一切，原因是它把残留的 netns、veth、OVS 桥统统清掉。

这条认知顺手解决了 90% 的“为什么我看不到 / ping 不通”问题。

一次最小启动

shell

sudo mn

不带任何参数时，默认是 minimal 拓扑：两个主机挂在同一个 OpenFlow 交换机上，外加一个参考控制器。开起来后会落到 mininet> 提示符。

四个常用观察命令依次跑一遍：

shell

mininet> nodes    # 列出所有节点
mininet> net      # 列出链路
mininet> dump     # 列出节点详细信息（IP、PID、所属 netns）
mininet> help     # 全部 CLI 命令

在节点上执行命令，把节点名当前缀写就行：

shell

mininet> h1 ifconfig -a
mininet> h1 ping -c 1 h2
mininet> pingall              # 任意两主机间的全对测试

退出：

shell

mininet> exit
sudo mn -c                    # 退出后习惯性清一次

内建拓扑模板

--topo 选哪种拓扑、跟几个参数。最常用的六种：

模板	形状
`minimal`	默认。1 个 switch + 2 个 host
`single,N`	1 个 switch 挂 N 个 host
`linear,N`	N 个 switch 串成一条线，每个挂 1 个 host
`reversed,N`	同 `single,N`，但主机编号与端口顺序相反
`tree,depth=D,fanout=F`	深度 D、扇出 F 的多叉树（叶子节点是 host）
`torus,M,N`	M×N 环面网格

举例：

shell

sudo mn --topo single,3 --test pingall
sudo mn --topo linear,4 --test pingall
sudo mn --topo tree,depth=2,fanout=3       # 1 → 3 → 9 主机

自定义拓扑见后文 Python API 骨架。

常用命令行选项

按使用频率分组，带 ★ 的几乎每次都得手敲。

拓扑与节点

选项	作用
★ `--topo`	选拓扑模板，见上一节
`--custom file.py`	加载自定义拓扑/交换机/测试
`--mac`	把 MAC、IP 改成 `00:00:00:00:00:0X` / `10.0.0.X`，调试时强烈建议加
`--arp`	预填全网 ARP 表，省掉首包广播解析丢失
`--ipbase 10.0.0.0/8`	改 IP 段

交换机与控制器

选项	作用
★ `--switch ovs / ovsk / user / ovsbr / lxbr`	选交换机后端，详见下方对比表
★ `--controller default / ref / ovsc / none`	选内建控制器
★ `--controller remote,ip=X,port=6633`	接外部 SDN 控制器（ONOS / Ryu / Floodlight / 自己写的 P4Runtime 控制器）
`--listenport / --nolistenport`	OVS 是否监听被动连接

链路与流量

选项	作用
★ `--link tc,bw=10,delay=10ms,loss=1,jitter=2ms`	通过 `tc` 给链路加带宽/延迟/丢包/抖动
`--link default`	不限速，默认

运行控制

选项	作用
`-x`	启动后自动给每个节点开一个 xterm
`--test pingall / pingpair / iperf / iperfudp`	跑完测试直接退出，做回归很顺手
`--pre / --post script`	启动前/退出后跑指定脚本
`-v debug / info / output / warning`	日志级别，info 是默认
`-c`	清理上次残留（不启动新拓扑）
`--nat`	给 Mininet 网络挂一个 NAT 网关，让 host 能上外网
`-h`	全部选项

链路参数怎么算

--link tc,bw=10,delay=10ms 给每一条链路设定 10 Mbps 带宽、10 ms 单程传播延迟。

以默认 minimal 为例，h1 → h2 的路径是 h1 — s1 — h2，两段链路。一次 ping 要走过去再走回来，共 4 段单程，所以 RTT 大约 40 ms：

shell

sudo mn --link tc,bw=10,delay=10ms
mininet> h1 ping -c 5 h2
# rtt min/avg/max/mdev = 40.x/40.x/40.x ms

loss=1 表示 1% 丢包，jitter=2ms 在延迟上叠加高斯抖动。

交换机后端对比

后端	内核/用户态	控制器	性能	典型用途
`ovs`	OVS 内核模块	需要	高	默认值，绝大多数实验用它
`ovsk`	同上	需要	高	`ovs` 的旧别名
`ovsbr`	OVS（独立桥模式）	不需要	高	拿来跑连通性 smoke test
`user`	用户态参考实现	需要	低	调试 OpenFlow 协议本身、看清协议交互
`lxbr`	Linux bridge	不需要	中	不需要 OpenFlow、只要二层桥接的场景

shell

sudo mn --switch user --test iperf   # 带宽明显低、抖动大，正常现象
sudo mn --switch ovs  --test iperf   # 接近 Gbps，参考基线

外接 SDN 控制器

把内建控制器关掉、指向远端，是做 SDN 实验最常用的姿势：

shell

# 一台 switch + 3 个 host，控制器在本机 6633 端口（ONOS / Ryu / 自写）
sudo mn --topo single,3 \
        --switch ovs \
        --controller remote,ip=127.0.0.1,port=6633 \
        --mac --arp

如果控制器先没起来，OVS 默认会装一条 fail-mode=secure 的全丢策略，pingall 全 X 是正常的；先 controller 后 pingall 即可。

Mininet CLI 速查

启动后停在 mininet> 时，下面这些命令最常用：

命令	作用
`help`	列全部命令
`nodes` / `net` / `dump`	节点、链路、详细信息
`<节点> <shell 命令>`	在该节点的 netns 里执行
`pingall` / `pingpair`	全对 ping / 一对 ping
`iperf [h1 h2]`	TCP 带宽测试
`iperfudp BW [h1 h2]`	UDP 带宽测试，指定速率
`link s1 h1 down / up`	临时拔/插链路，会触发 OF 端口状态变更
`xterm h1 h2`	给指定节点弹 xterm
`dpctl dump-flows`	在所有 OF 交换机上看流表
`dpctl add-flow s1 ...`	手工下流表
`py <Python 表达式>`	直接在 mininet 进程里跑 Python
`sh <shell 命令>`	在 root netns 跑 shell
`exit` / Ctrl-D	退出并销毁拓扑

py 这个口子很强大，因为 net 就是当前的 Mininet 实例：

shell

mininet> py net.hosts
mininet> py h1.IP(), h1.MAC()
mininet> py h1.cmd('uname -a')
mininet> py s1.dpctl('dump-flows')
mininet> py dir(s1)               # 查 Node 对象有哪些方法

--mac 前后对比

不加 --mac，每次启动 host 都拿到一个随机 MAC，调流表时认不出来谁是谁：

text

h1-eth0  HWaddr f6:9d:5a:7f:41:42   inet 10.0.0.1

加上 --mac 后规整成 00:00:00:00:00:0X：

text

h1-eth0  HWaddr 00:00:00:00:00:01   inet 10.0.0.1
h2-eth0  HWaddr 00:00:00:00:00:02   inet 10.0.0.2

写 P4 / OpenFlow 流表里要按 MAC 匹配的话，几乎都得开它。

Wireshark 抓 OpenFlow

shell

sudo wireshark &

监听 lo 接口，过滤器填 openflow_v4（OF 1.3）或 of，就能看到控制器与 OVS 之间的 Hello / FeaturesRequest / PacketIn / FlowMod 流程。

如果没装解码器：

shell

mininet/util/install.sh -w

简单 Web 服务测试

shell

mininet> h1 python3 -m http.server 80 &
mininet> h2 wget -qO- 10.0.0.1
mininet> h1 kill %python3

Mininet host 是一个常驻 bash，所以 kill %python3 这种 job-control 写法能命中之前 & 放后台的进程。如果不放心，用 pkill -f http.server 也行。

TIP

要确认 Mininet 用的 Python 版本：mininet> py sys.version。

Python API 骨架

CLI 灵活有限，复杂拓扑（fat-tree、leaf-spine、自定义带宽矩阵）一律走 Python API。最小可运行例子已经在仓库里：

"""自定义拓扑示例

两个直接连接的交换机，每个交换机连接一个主机：

   主机 --- 交换机 --- 交换机 --- 主机

添加一个包含键值对的 'topos' 字典来生成新定义的拓扑，
使得可以从命令行传入 '--topo=mytopo' 来调用该拓扑。
"""

from mininet.topo import Topo

class MyTopo( Topo ):

    def build( self ):
        # 新增主机和交换机
        leftHost = self.addHost( 'h1' )
        rightHost = self.addHost( 'h2' )
        leftSwitch = self.addSwitch( 's3' )
        rightSwitch = self.addSwitch( 's4' )

        # 增加链路
        self.addLink( leftHost, leftSwitch )
        self.addLink( leftSwitch, rightSwitch )
        self.addLink( rightSwitch, rightHost )


topos = { 'mytopo': ( lambda: MyTopo() ) }

配合 --custom 暴露给 mn：

shell

sudo mn --custom ./topo.py --topo mytopo --test pingall

或者直接写 net = Mininet(topo=MyTopo(), ...) 自己跑：

python

from mininet.net import Mininet
from mininet.node import RemoteController, OVSSwitch
from mininet.cli import CLI
from mininet.log import setLogLevel

if __name__ == '__main__':
    setLogLevel('info')
    net = Mininet(topo=MyTopo(),
                  switch=OVSSwitch,
                  controller=lambda name: RemoteController(name, ip='127.0.0.1', port=6633),
                  autoSetMacs=True)
    net.start()
    CLI(net)
    net.stop()

给 Mininet 加自定义 CLI 命令

源码改动 4 个地方，最后重装：

mininet/net.py：实现新功能；
mininet/cli.py：把它注册成 CLI 命令；
bin/mn：登记到 TESTS / ALTSPELLING 表里，命令行 --test 才能调用；
mininet/util/install.sh -n：只重装核心 Python 包，不再重编 OVS、控制器。

下面以批量随机 UDP 打流为例走一遍。

`iperfSingle`：两节点点对点 UDP 测试

写在 Mininet 类里：

class Mininet(object):
    ...  # 原始代码

    def iperf_single(self, hosts=None, udp_bw='10M', period=60):
        if not hosts:
            return
        assert len(hosts) == 2
        client, server = hosts
        filename = client.name[1:] + '.out'
        output(f'*** iperf: testing bandwidth between {client.name} and {server.name}\n')
        iperf_args = 'iperf -u'
        bw_args = f'-b {udp_bw}'

        print('*** Start server')
        server.cmd(f'{iperf_args} -s -i 1 > ~/mn_log/{filename}&')

        print('*** Start client')
        client.cmd(f'{iperf_args} -t {period} -c {server.IP()} {bw_args} > ~/mn_log/client{filename}&')

`iperfMulti`：每台 host 随机挑一台 server

复用 iperfSingle，让全网同时打流，看交换机/控制器在压力下的行为：

import random

class Mininet(object):
    ...  # 原始代码

    def iperfSingle(self, hosts=None, udp_bw='10M', period=60):
        ...  # 前面实现的方法

    def iperfMulti(self, bw, period=60):
        for client in self.hosts:
            server = client
            while server == client:
                server = random.choice(self.hosts)
            self.iperfSingle(hosts=[client, server], udp_bw=bw, period=period)
            sleep(0.05)

        sleep(period)
        print('test has done')

注册到 CLI

class CLI(Cmd):
    ...  # 原始代码

    def do_iperfmulti(self, line):
        """Multi iperf UDP test between nodes"""
        args = line.split()
        if len(args) == 1:
            self.mn.iperfMulti(args[0])
        elif len(args) == 2:
            self.mn.iperfMulti(args[0], float(args[1]))
        else:
            error('invalid number of args: iperfMulti udpBw period\n' +
                  'udpBw examples:1M 120\n')

暴露给 `--test`

python

TESTS = {
    name: True
    for name in (
        'pingall',
        'pingpair',
        'iperf',
        'iperfudp',
        'iperfmulti'   # new
    )
}

ALTSPELLING = {
    'pingall': 'pingAll',
    'pingpair': 'pingPair',
    'iperfudp': 'iperfUdp',
    'iperfmulti': 'iperfMulti'   # new
}

重装并验证

shell

mininet/util/install.sh -n
sudo mn
mininet> iperf-m<Tab>      # 应当补全成 iperfmulti
mininet> iperfmulti

TIP

若 install.sh 默认走的是 Python 2，可手动改 util/install.sh 里调用 python 的地方为 python3。

常见报错速查

现象	大概原因 / 处理
`Cannot find required executable controller`	没装参考控制器；要么 `install.sh -a`，要么改用 `--controller=ovsc` 或 `remote`
`RTNETLINK answers: File exists`	上次没 clean，先 `sudo mn -c`
`pingall` 全部 X	控制器没起 / 没接上；OVS 进了 fail-secure 默认丢包
`iperf` 一直停在 `Server listening`	服务端起得比客户端慢，或者两端不在一条路径上
`h1 ifconfig` 看不到 `h1-eth0`	多半是 `--innamespace` 配置异常，先 `sudo mn -c` 重来
OVS 报 `database connection failed`	`ovsdb-server` / `ovs-vswitchd` 没启动：`sudo service openvswitch-switch start`

收尾

养成两个习惯能省下不少时间：

shell

sudo mn -c    # 每次实验结束都跑一次
ps aux | grep -E 'mn|ovs|controller'   # 排查残留进程

Mininet ​

安装 ​

一点底层背景：network namespace ​

一次最小启动 ​

内建拓扑模板 ​

常用命令行选项 ​

拓扑与节点 ​

交换机与控制器 ​

链路与流量 ​

运行控制 ​

链路参数怎么算 ​

交换机后端对比 ​

外接 SDN 控制器 ​

Mininet CLI 速查 ​

--mac 前后对比 ​

Wireshark 抓 OpenFlow ​

简单 Web 服务测试 ​

Python API 骨架 ​

给 Mininet 加自定义 CLI 命令 ​

iperfSingle：两节点点对点 UDP 测试 ​

iperfMulti：每台 host 随机挑一台 server ​

注册到 CLI ​

暴露给 --test ​

重装并验证 ​

常见报错速查 ​

收尾 ​

Mininet

安装

一点底层背景：network namespace

一次最小启动

内建拓扑模板

常用命令行选项

拓扑与节点

交换机与控制器

链路与流量

运行控制

链路参数怎么算

交换机后端对比

外接 SDN 控制器

Mininet CLI 速查

--mac 前后对比

Wireshark 抓 OpenFlow

简单 Web 服务测试

Python API 骨架

给 Mininet 加自定义 CLI 命令

`iperfSingle`：两节点点对点 UDP 测试

`iperfMulti`：每台 host 随机挑一台 server

注册到 CLI

暴露给 `--test`

重装并验证

常见报错速查

收尾