VivianSobers/Link-Failure-Detection-and-Recovery

# 链路故障检测与恢复 一个软件定义网络项目，能够实时检测链路故障并自动重新路由流量，无需人工干预。 ## 问题 网络会失效。电缆会被割断，端口会宕机，硬件会损坏。在传统网络中，恢复速度缓慢且需要手动操作。而在 SDN 控制的网络中，控制器可以看见一切并即时做出反应。 本项目正是展示了这一点。当链路断开时，Ryu 控制器会检测到故障，移除旧的流规则，并在丢包发生前通过备份路径推送新的规则，从而立即恢复连接。 当链路恢复时，控制器会检测到恢复状态并切换回主路径。 ## 工作原理 网络拓扑由三个交换机和两个主机组成： ``` h1 --- s1 --- s2 --- h2 \ / s3 ``` **主路径：** h1 → s1 → s2 → h2 **备份路径：** h1 → s1 → s3 → s2 → h2 Ryu 控制器在启动时预安装所有交换机上的显式流规则。当 s1-s2 链路失效时，控制器检测到端口状态变化，删除现有流规则，并安装更高优先级的备份规则，通过 s3 立即恢复连接。 当链路重新恢复时，控制器检测到恢复并切换回主路径。 ## 技术栈 - **Mininet** — 网络仿真 - **Ryu** — SDN 控制器（OpenFlow 1.3） - **Open vSwitch** — 虚拟交换 - **Wireshark / iperf3** — 流量分析与验证 ## 安装 ### 前置条件 - Ubuntu 24.04（原生或虚拟机） - Python 3.11 - Mininet 2.3.0 - Ryu 4.34 ### 安装步骤 ``` # 安装 Mininet sudo apt install mininet -y # 安装 Python 3.11 sudo add-apt-repository ppa:deadsnakes/ppa -y sudo apt update sudo apt install python3.11 python3.11-venv -y # 在虚拟环境中设置 Ryu python3.11 -m venv ~/ryu-env source ~/ryu-env/bin/activate pip install setuptools==58.0.0 pip install dnspython==2.3.0 eventlet==0.33.3 pip install ryu # 安装工具 sudo apt install wireshark iperf3 -y ``` ## 运行项目 你需要两个终端。 **终端 1 — 启动 Ryu 控制器：** ``` source ~/ryu-env/bin/activate ryu-manager controller.py ``` **终端 2 — 启动 Mininet 拓扑：** ``` sudo python3 topology.py ``` ## 演示 ### 场景 1 — 正常运行 ``` mininet> pingall ``` 预期结果：0% 丢包。流量通过主路径 h1 → s1 → s2 → h2 传输。 ### 场景 2 — 链路故障与恢复 ``` mininet> link s1 s2 down mininet> pingall ``` 预期结果：0% 丢包。控制器检测到故障并通过 h1 → s1 → s3 → s2 → h2 重新路由。 ``` mininet> link s1 s2 up mininet> pingall ``` 预期结果：0% 丢包。控制器检测到恢复并切换回主路径。 ## 预期输出 **故障期间的控制器终端：** ``` ================================================== LINK FAILURE DETECTED on s1-s2! Switching to backup path. ================================================== ACTIVE PATH: h1 -> s1 -> s3 -> s2 -> h2 (Backup) ================================================== ``` **恢复期间的控制器终端：** ``` ================================================== LINK RESTORED on s1-s2! Switching back to primary path. ================================================== ACTIVE PATH: h1 -> s1 -> s2 -> h2 (Primary) ================================================== ``` ## 验证 - `pingall` 确认故障前后丢包率为 0% - `ovs-ofctl dump-flows` 确认每个交换机的流规则变化 - Wireshark 捕获确认实时流量路径切换 - iperf3 确认在重新路由期间吞吐量保持稳定 ## 执行证明 ### 网络启动 — 主路径活跃  ### 场景 1 — 正常 pingall（0% 丢包）  ### 链路故障检测 — 切换到备份路径  ### 场景 2 — 链路故障期间的 pingall（0% 丢包）  ### 链路恢复 — 返回主路径  ### iperf3 — 正常运行（15.2 Gbits/sec）  ### iperf3 — 链路故障期间（16.8 Gbits/sec）  ### Wireshark — ICMP 捕获  ### Wireshark — ICMP 过滤（正常）  ### Wireshark — ICMP 过滤（故障期间）  ## 作者 Vivian Sobers E

标签：iperf3, Mininet, OpenFlow, Open vSwitch, Python, Ryu控制器, SDN, Wireshark, 句柄查看, 备份路径, 实时检测, 实验环境搭建, 无后门, 显式流规则, 流规则更新, 流量重路由, 端口状态, 网络仿真, 网络弹性, 网络自动恢复, 软件定义网络, 逆向工具, 链路故障恢复, 链路故障检测, 高可用网络