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算法逻辑详解

1. 核心类结构

代码通过面向对象的方式定义了网络模拟中的各类节点，继承关系如下：

Node
├── Host
│   └── CPULimitedHost
├── Switch
│   ├── UserSwitch
│   ├── OVSSwitch
│   ├── OVSBridge
│   └── IVSSwitch
└── Controller├── OVSController├── NOX├── Ryu└── RemoteController

2. 核心功能模块

1. Node（基类）

   • 功能：所有网络节点的基类，提供基础功能（如启动shell、管理接口、执行命令）。
   • 关键方法：
     • startShell()：通过pty创建伪终端，启动交互式shell。
     • addIntf()：添加网络接口到节点。
     • cmd()：在节点上执行命令并等待输出。
     • cleanup()：清理资源（如关闭进程、卸载目录）。

2. Host

   • 功能：普通虚拟主机，继承自Node，无额外功能扩展。

3. CPULimitedHost

   • 功能：通过cgroups限制CPU资源。
   • 关键方法：
     • setCPUFrac()：设置CPU使用率上限。
     • initCgroups()：初始化cgroup配置。

4. Switch

   • 功能：交换机基类，支持OpenFlow协议。
   • 关键方法：
     • start()：启动交换机进程（需子类实现）。
     • stop()：终止进程并清理接口。

5. OVSSwitch

   • 功能：基于Open vSwitch的交换机。
   • 关键方法：
     • start()：通过ovs-vsctl和ovs-ofctl配置OVS实例。
     • attach()/detach()：动态添加/移除接口。

6. Controller

   • 功能：OpenFlow控制器基类。
   • 关键方法：
     • start()：启动控制器进程（如controller或ovs-controller）。

7. RemoteController

   • 功能：外部控制器代理，不启动本地进程，仅管理远程连接。

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程序流程图

1. 节点初始化流程

开始
│
├─ 创建Node实例
│   ├─ 初始化名称、命名空间、私有目录
│   ├─ 调用startShell()启动shell进程
│   └─ 挂载私有目录（mountPrivateDirs）
│
├─ Host/Switch/Controller子类初始化
│   └─ 扩展父类功能（如OVSSwitch设置dpid）
│
└─ 返回节点实例

2. 接口管理流程（以OVSSwitch为例）

开始
│
├─ 调用addIntf(intf)
│   ├─ 分配端口号（newPort()）
│   ├─ 将接口加入intfs和ports字典
│   └─ 调用ovs-vsctl添加端口
│
├─ 接口配置（TCIntf或OVSIntf）
│   └─ 设置带宽、延迟等参数
│
└─ 接口就绪

3. 命令执行流程（以cmd()为例）

开始
│
├─ 调用sendCmd(command)
│   ├─ 通过伪终端写入命令
│   └─ 返回异步句柄
│
├─ 调用waitOutput()
│   ├─ 循环读取输出，直到遇到终止符（ASCII 127）
│   └─ 返回完整输出
│
└─ 命令执行完成

4. CPU限制流程（CPULimitedHost）

开始
│
├─ 调用setCPUFrac(f)
│   ├─ 初始化cgroup（initCgroups）
│   ├─ 根据调度策略（CFS/RT）设置period和quota
│   └─ 通过cgset写入cgroup参数
│
└─ CPU限制生效

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程序嵌套关系

1. 类继承与方法覆盖

• Node 提供基础方法，子类通过重写扩展：
  • Switch 重写 start() 和 stop()。
  • CPULimitedHost 扩展 config() 以支持CPU限制。

2. 模块依赖

• Linux内核功能：通过mnexec管理命名空间，依赖cgroups和tc（流量控制）。
• 外部工具：ovs-vsctl（配置OVS）、ryu-manager（Ryu控制器）。

3. 关键交互

• 交换机与控制器：OVSSwitch在start()中通过ovs-vsctl设置控制器地址。
• 主机与网络：Host通过setIP()配置IP，setDefaultRoute()设置路由。

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总结

• 代码逻辑：通过分层设计实现网络节点的虚拟化，利用Linux内核特性（命名空间、cgroups）和外部工具（OVS、Ryu）完成功能扩展。
• 扩展性：新增交换机或控制器类型只需继承基类并实现关键方法（如start()）。
• 性能控制：通过cgroups限制CPU，通过tc限制带宽，实现细粒度的资源管理。