Mininet 实验入门

Day 4 学习笔记

前三天我们一直在看理论，今天终于要动手了。Mininet 是 SDN 领域最常用的网络仿真工具，它能在一台电脑上模拟出由多台交换机和主机组成的网络拓扑，用来做各种网络实验。

这篇文章会带你从零搭建 Mininet 环境，并完成一系列基础实验。

一、什么是 Mininet

Mininet 是一个轻量级的网络仿真工具，由斯坦福大学开发。它的核心能力是：

• 在一台普通电脑上创建虚拟的交换机、主机和链路
• 这些虚拟设备运行的是真实的 Linux 网络栈，不是模拟器
• 支持 OpenFlow 协议，可以连接真实的 SDN 控制器
• 用 Python 脚本就能定义任意网络拓扑

简单说，Mininet 就是一个"网络沙箱"，你可以在里面随意搭建、测试网络，不用担心影响真实网络。

1.1 Mininet 能做什么

1.2 安装环境

我们选择在 WSL2 + Ubuntu 24.04 上安装 Mininet，这也是目前最推荐的方式。原因：

• WSL2 内核支持网络命名空间，Mininet 需要这个功能
• Ubuntu 软件源丰富，依赖安装方便
• 不需要虚拟机，启动快、资源占用小

二、安装 WSL2

在安装 Mininet 之前，需要先搭建 Linux 环境。WSL2（Windows Subsystem for Linux 2）是 Windows 内置的 Linux 子系统，不需要装虚拟机就能直接用。

2.1 什么是 WSL

WSL 是 Windows 系统内嵌的 Linux 环境。通过 WSL 可以：

• 直接在 Windows 上运行 Ubuntu、Debian 等 Linux 发行版
• 运行 Linux 命令、开发代码
• 直接访问 Windows 电脑的文件系统

2.2 WSL2 vs 虚拟机

2.3 系统要求

• Windows 11：默认就是 WSL2
• Windows 10 2004 及以后版本：默认是 WSL2
• Windows 10 2004 以前的版本：默认是 WSL1，需要升级系统

2.4 安装步骤

第一步：打开管理员终端

右键点击"开始菜单"，选择"终端（管理员）"。一定要选带"管理员"的版本。

第二步：查看可安装的发行版

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wsl --list --online

第三步：安装 Ubuntu 24.04

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wsl --install -d Ubuntu-24.04

等待安装完成。

第四步：配置用户与密码

安装完成后需要创建默认用户：

1. 回车创建用户
2. 输入用户名
3. 输入两次密码（输入密码时不显示，输入完按回车即可）

配置完成后命令行会切换成刚创建的用户名，此时已进入 Ubuntu 系统。

第五步：验证安装

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lsb_release -a

输出应显示 Ubuntu 24.04。

2.5 日常使用

在 Ubuntu 系统中可以直接访问 Windows 的 C 盘、D 盘、E 盘，文件互通。比如在 WSL 中输入 ls /mnt/d/ 就能看到 D 盘的文件。

三、安装 Mininet

在 WSL2 的 Ubuntu 终端中执行以下步骤。

3.0 基础环境配置

刚装好的 WSL2 Ubuntu 几乎是空的，需要先做几件基础事情。

更新软件源

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sudo apt update && sudo apt upgrade -y

这一步会更新系统自带的软件包列表，可能需要几分钟，取决于网速。

安装 Git

Git 是从 GitHub 下载源码的必备工具，Ubuntu 默认没有预装：

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sudo apt install -y git

安装 Python

Ubuntu 24.04 自带 Python 3，但 Mininet 的 Makefile 里用的是 python 命令（不是 python3），需要创建软链接：

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sudo ln -s /usr/bin/python3 /usr/bin/python

安装编译工具

Mininet 的一些组件（如 mnexec）需要用 C 编译器构建：

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sudo apt install -y gcc make

3.1 从源码安装

Mininet 官方推荐从 GitHub 源码安装，这样可以获取最新版本：

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# 克隆源码
git clone https://github.com/mininet/mininet.git
cd mininet

# Ubuntu 24.04 兼容性修复
# 1. 安装 pycodestyle（替代旧版 pep8）
sudo apt install -y pycodestyle

# 2. 修改安装脚本中的包名
sudo sed -i 's/pep8/pycodestyle/g' util/install.sh

# 3. 安装 Mininet 及所有依赖
sudo ./util/install.sh -a

3.2 安装过程中的常见问题

3.3 修复 mnexec

mnexec 是 Mininet 的核心执行工具，有时安装脚本不会自动编译它，需要手动处理：

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cd /mnt/d/mininet/mininet
sudo make
sudo make install

然后安装 Open vSwitch（Mininet 需要它作为虚拟交换机）：

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sudo apt install -y openvswitch-switch openvswitch-common

3.4 验证安装

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sudo mn --version

如果输出版本号（如 2.3.1b4），说明安装成功。

四、第一个实验：默认拓扑 pingall

Mininet 自带一个默认拓扑：1 台交换机 + 2 台主机。用 --test pingall 可以一键创建拓扑、启动、测试连通性，然后自动退出。

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sudo mn --test pingall

执行结果：

*** Creating network
*** Adding hosts: h1 h2
*** Adding switches: s1
*** Adding links: (h1, s1) (h2, s1)
*** Configuring hosts h1 h2
*** Starting controller
*** Starting 1 switches: s1 ...
*** Ping: testing ping reachability
h1 -> h2
h2 -> h1
*** Results: 0% dropped (2/2 received)
*** Done
completed in 0.247 seconds

4.1 解读输出

逐步拆解这个过程：

1. 创建网络 — Mininet 创建了虚拟的网络命名空间
2. 添加主机 — 创建了 h1 和 h2 两台虚拟主机，各自有独立的 IP 地址
3. 添加交换机 — 创建了 s1（默认使用 OVS Bridge 模式）
4. 添加链路 — h1 连到 s1，h2 连到 s1
5. 配置主机 — 给 h1（10.0.0.1）和 h2（10.0.0.2）分配 IP
6. Ping 测试 — h1 ping h2，h2 ping h1，全部成功
7. 0% dropped — 没有丢包，网络连通性正常

4.2 网络拓扑图

这个实验的拓扑非常简单：

  ┌──────┐         ┌──────┐
  │  h1  │         │  h2  │
  │.0.0.1│         │.0.0.2│
  └──┬───┘         └───┬──┘
     │                 │
     └────────┬────────┘
              │
         ┌────┴────┐
         │    s1   │
         │  交换机  │
         └─────────┘

两台主机通过同一台交换机互联，相当于两台电脑连在同一个交换机上。

五、指定拓扑实验

Mininet 内置了几种常见拓扑，通过 --topo 参数指定。

5.1 Single 拓扑：1 台交换机 + N 台主机

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sudo mn --topo single,3 --test pingall

结果：

*** Adding hosts: h1 h2 h3
*** Adding switches: s1
*** Ping: testing ping reachability
h1 -> h2 h3
h2 -> h1 h3
h3 -> h1 h2
*** Results: 0% dropped (6/2 received)

拓扑图：

  ┌──────┐  ┌──────┐  ┌──────┐
  │  h1  │  │  h2  │  │  h3  │
  └──┬───┘  └──┬───┘  └──┬───┘
     │         │         │
     └────┬────┴────┬────┘
          │         │
     ┌────┴─────────┴────┐
     │        s1         │
     └───────────────────┘

3 台主机两两互通，总共 6 次 ping（h1→h2、h1→h3、h2→h1、h2→h3、h3→h1、h3→h2），全部成功。

4.2 Linear 拓扑：N 台交换机串联

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sudo mn --topo linear,4 --test pingall

结果：

*** Adding hosts: h1 h2 h3 h4
*** Adding switches: s1 s2 s3 s4
*** Adding links: (h1,s1) (h2,s2) (h3,s3) (h4,s4) (s2,s1) (s3,s2) (s4,s3)
*** Ping: testing ping reachability
h1 -> h2 h3 h4
h2 -> h1 h3 h4
h3 -> h1 h2 h4
h4 -> h1 h2 h3
*** Results: 0% dropped (12/12 received)
completed in 0.615 seconds

拓扑图：

  ┌────┐     ┌────┐     ┌────┐     ┌────┐
  │ h1 │     │ h2 │     │ h3 │     │ h4 │
  └─┬──┘     └─┬──┘     └─┬──┘     └─┬──┘
    │          │          │          │
  ┌─┴──┐    ┌─┴──┐    ┌─┴──┐    ┌─┴──┐
  │ s1 │────│ s2 │────│ s3 │────│ s4 │
  └────┘    └────┘    └────┘    └────┘

4 台交换机串联成一条线，每台交换机下挂一台主机。注意完成时间从 0.352 秒增加到了 0.615 秒，因为交换机之间的转发路径变长了。

六、交互式操作

除了命令行一键测试，Mininet 还提供了一个交互式 CLI，可以手动操作每个节点。

5.1 启动 Mininet

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sudo mn

启动后进入 Mininet 命令行：

mininet>

5.2 查看节点和拓扑

mininet> nodes
available nodes are:
h1 h2 s1

mininet> net
h1 h1-eth0:s1-eth1
h2 h2-eth0:s1-eth2
s1 lo:  s1-eth1:h1-eth0 s1-eth2:h2-eth0

nodes 列出所有节点，net 显示每个节点的接口和连接关系。

5.3 手动 Ping 测试

mininet> h1 ping h2
PING 10.0.0.2 (10.0.0.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=1.52 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.114 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.121 ms
...

h1 ping h2 表示在 h1 上执行 ping 命令。按 Ctrl + C 停止。

可以看到第一个包的延迟是 1.52ms（因为要查 ARP 表），后面稳定在 0.1ms 左右，说明虚拟网络的延迟非常低。

5.4 带宽测试

mininet> iperf
*** Iperf: testing TCP bandwidth between h1 and h2
*** Results: ['91.8 Gbits/sec', '91.6 Gbits/sec']

iperf 测试 h1 到 h2 的 TCP 带宽。结果显示 91.8 Gbits/sec，这是因为虚拟网络走的是内存，带宽远超物理网络。

5.5 自定义拓扑实验

Mininet 内置的拓扑有限，我们可以用 Python 脚本定义任意拓扑。下面是一个 2 交换机 + 4 主机的例子。

创建文件 topo.py：

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from mininet.net import Mininet
from mininet.topo import Topo

class MyTopo(Topo):
    def build(self):
        h1 = self.addHost('h1')
        h2 = self.addHost('h2')
        h3 = self.addHost('h3')
        h4 = self.addHost('h4')
        s1 = self.addSwitch('s1')
        s2 = self.addSwitch('s2')

        self.addLink(h1, s1)
        self.addLink(h2, s1)
        self.addLink(h3, s2)
        self.addLink(h4, s2)
        self.addLink(s1, s2)

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

拓扑图：

  ┌────┐     ┌────┐
  │ h1 │     │ h2 │
  └─┬──┘     └─┬──┘
    │          │
  ┌─┴──┐    ┌─┴──┐
  │ s1 │────│ s2 │
  └─┬──┘    └─┬──┘
    │          │
  ┌─┴──┐     ┌─┴──┐
  │ h3 │     │ h4 │
  └────┘     └────┘

运行：

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

结果：

*** Ping: testing ping reachability
h1 -> h2 h3 h4
h2 -> h1 h3 h4
h3 -> h1 h2 h4
h4 -> h1 h2 h3
*** Results: 0% dropped (12/12 received)

两台交换机之间有链路连接，h1/h2 通过 s1 通信，h3/h4 通过 s2 通信，跨交换机的流量经过 s1-s2 链路转发。

5.6 tcpdump 抓包

Mininet 的主机可以运行 tcpdump 来抓取经过网卡的数据包。先安装：

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sudo apt install -y tcpdump

然后启动自定义拓扑进入交互模式：

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sudo mn --custom topo.py --topo mytopo

在 h1 上启动抓包（后台运行），然后让 h1 ping h2：

mininet> h1 tcpdump -i h1-eth0 -c 5 &
mininet> h1 ping -c 3 h2

输出：

tcpdump: listening on h1-eth0, link-type EN10MB (Ethernet), snapshot length 262144 bytes
11:33:59.283728 IP6 fe80::b838:87ff:fee5:35ad > ip6-allrouters: ICMP6, router solicitation, length 16
PING 10.0.0.2 (10.0.0.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=2.07 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.121 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.111 ms

tcpdump 抓到了 IPv6 路由请求包（ICMP6 router solicitation），这是主机启动时自动发送的。如果想只抓 IPv4 的 ICMP 包，可以用过滤器：

mininet> h1 tcpdump -i h1-eth0 -c 5 icmp &
mininet> h1 ping -c 3 h2

-c 5 表示抓够 5 个包后自动停止，& 让它在后台运行。

5.7 退出

mininet> quit

七、常用命令速查

八、今日学习总结

参考资料

1. Mininet Book — Mininet 官方中文教程
2. Mininet GitHub — 源码与安装指南
3. SDNLAB Mininet 教程 — SDN 实验入门
4. Mininet 官方文档 — API 参考与示例

本文是「SDN 入门学习计划」Day 4 的学习笔记。

学习路线：Day 1 SDN 是什么 → Day 2 SDN 架构深入 → Day 3 OpenFlow 协议详解 → Day 4 Mininet 实验 → Day 5 网络入侵检测入门 → …