实验8:数据平面可编程实践——P4

实验8:数据平面可编程实践——P4

一、实验目的

  • 掌握V1Model框架下P4_16的程序结构和基本语法
  • 能够运用 P4 进行简单数据平面编程

二、实验环境

  • 下载虚拟机软件Oracle VisualBox或VMware;
  • 在虚拟机中安装Ubuntu 16.04 Desktop amd64,并安装完整Mininet和P4开发环境;
  • 提供P4镜像P4-Suite2018.ova,提取码:egwf

三、实验要求

学习P4官方示例教程,链接:https://github.com/p4lang/tutorials,了解P4-16版本的基本语法、基于V1Model的P4代码结构,完成如下练习:
(一)基本要求

  • 熟悉使用P4实现交换机IPv4的基本转发原理,编写P4程序,在下面的拓扑中实现IPV4 隧道转发。
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  • 补充P4教程中的basic_tunnel.p4

/* -*- P4_16 -*- */
#include <core.p4>
#include <v1model.p4>
 
const bit<16> TYPE_MYTUNNEL = 0x1212;
const bit<16> TYPE_IPV4 = 0x800;
 
/*************************************************************************
*********************** H E A D E R S  ***********************************
*************************************************************************/
 
typedef bit<9>  egressSpec_t;
typedef bit<48> macAddr_t;
typedef bit<32> ip4Addr_t;
 
header ethernet_t {
    macAddr_t dstAddr;
    macAddr_t srcAddr;
    bit<16>   etherType;
}
 
header myTunnel_t {
    bit<16> proto_id;
    bit<16> dst_id;
}
 
header ipv4_t {
    bit<4>    version;
    bit<4>    ihl;
    bit<8>    diffserv;
    bit<16>   totalLen;
    bit<16>   identification;
    bit<3>    flags;
    bit<13>   fragOffset;
    bit<8>    ttl;
    bit<8>    protocol;
    bit<16>   hdrChecksum;
    ip4Addr_t srcAddr;
    ip4Addr_t dstAddr;
}
 
struct metadata {
    /* empty */
}
 
struct headers {
    ethernet_t   ethernet;
    myTunnel_t   myTunnel;
    ipv4_t       ipv4;
}
 
/*************************************************************************
*********************** P A R S E R  ***********************************
*************************************************************************/
 
parser MyParser(packet_in packet,
                out headers hdr,
                inout metadata meta,
                inout standard_metadata_t standard_metadata) {
 
    state start {
        transition parse_ethernet;
    }
 
    state parse_ethernet {
        packet.extract(hdr.ethernet);
        transition select(hdr.ethernet.etherType) {
            TYPE_MYTUNNEL: parse_myTunnel;
            TYPE_IPV4: parse_ipv4;
            default: accept;
        }
    }
 
    state parse_myTunnel {
        packet.extract(hdr.myTunnel);
        transition select(hdr.myTunnel.proto_id) {
            TYPE_IPV4: parse_ipv4;
            default: accept;
        }
    }
 
    state parse_ipv4 {
        packet.extract(hdr.ipv4);
        transition accept;
    }
 
}
 
/*************************************************************************
************   C H E C K S U M    V E R I F I C A T I O N   *************
*************************************************************************/
 
control MyVerifyChecksum(inout headers hdr, inout metadata meta) {   
    apply {  }
}
 
 
/*************************************************************************
**************  I N G R E S S   P R O C E S S I N G   *******************
*************************************************************************/
 
control MyIngress(inout headers hdr,
                  inout metadata meta,
                  inout standard_metadata_t standard_metadata) {
    action drop() {
        mark_to_drop(standard_metadata);
    }
    
    action ipv4_forward(macAddr_t dstAddr, egressSpec_t port) {
        standard_metadata.egress_spec = port;
        hdr.ethernet.srcAddr = hdr.ethernet.dstAddr;
        hdr.ethernet.dstAddr = dstAddr;
        hdr.ipv4.ttl = hdr.ipv4.ttl - 1;
    }
    
    table ipv4_lpm {
        key = {
            hdr.ipv4.dstAddr: lpm;
        }
        actions = {
            ipv4_forward;
            drop;
            NoAction;
        }
        size = 1024;
        default_action = drop();
    }
    
    action myTunnel_forward(egressSpec_t port) {
        standard_metadata.egress_spec = port;
    }
 
    table myTunnel_exact {
        key = {
            hdr.myTunnel.dst_id: exact;
        }
        actions = {
            myTunnel_forward;
            drop;
        }
        size = 1024;
        default_action = drop();
    }
 
    apply {
        if (hdr.ipv4.isValid() && !hdr.myTunnel.isValid()) {
            // Process only non-tunneled IPv4 packets
            ipv4_lpm.apply();
        }
 
        if (hdr.myTunnel.isValid()) {
            // process tunneled packets
            myTunnel_exact.apply();
        }
    }
}
 
/*************************************************************************
****************  E G R E S S   P R O C E S S I N G   *******************
*************************************************************************/
 
control MyEgress(inout headers hdr,
                 inout metadata meta,
                 inout standard_metadata_t standard_metadata) {
    apply {  }
}
 
/*************************************************************************
*************   C H E C K S U M    C O M P U T A T I O N   **************
*************************************************************************/
 
control MyComputeChecksum(inout headers  hdr, inout metadata meta) {
     apply {
    update_checksum(
        hdr.ipv4.isValid(),
            { hdr.ipv4.version,
          hdr.ipv4.ihl,
              hdr.ipv4.diffserv,
              hdr.ipv4.totalLen,
              hdr.ipv4.identification,
              hdr.ipv4.flags,
              hdr.ipv4.fragOffset,
              hdr.ipv4.ttl,
              hdr.ipv4.protocol,
              hdr.ipv4.srcAddr,
              hdr.ipv4.dstAddr },
            hdr.ipv4.hdrChecksum,
            HashAlgorithm.csum16);
    }
}
 
/*************************************************************************
***********************  D E P A R S E R  *******************************
*************************************************************************/
 
control MyDeparser(packet_out packet, in headers hdr) {
    apply {
        packet.emit(hdr.ethernet);
        packet.emit(hdr.myTunnel);
        packet.emit(hdr.ipv4);
    }
}
 
/*************************************************************************
***********************  S W I T C H  *******************************
*************************************************************************/
 
V1Switch(
MyParser(),
MyVerifyChecksum(),
MyIngress(),
MyEgress(),
MyComputeChecksum(),
MyDeparser()
) main;
  • make run 将上述程序编译并运行
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  • 在mininet中输入xterm h1 h2,并在h2中输入 ./receive.py 启动服务器用以接收消息
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h1命令行下运行开始向h2、h3发送数据包
不使用隧道

  • 在h1命令行输入 /send.py 10.0.2.2 "h2",没有采用隧道转发,h1向h2发送消息,h3无法收到
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  • 在h1命令行输入 ./send.py 10.0.3.3 "h3",没有采用隧道转发,h1向h3发送消息,h2无法收到
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使用隧道

  • 在h1命令行输入 ./send.py 10.0.3.3 "h2" --dst_id 2,采用隧道转发,虽然IP改变,但是经过隧道转发,交换机仍然将该报文发送给h2
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可发现:使用隧道技术后,数据包可以无视目的ip地址,而根据dst_id送达

四、个人心得

  • 本次实验难度较大,主要在basic_tunnel.p4代码的补全上。在补全代码的时候遇到了一些问题,在咨询同学后得到了解决。
  • 通过这次实验,了解了V1Model框架下P4_16的程序结构和基本语法,能够简单运用 P4 进行简单数据平面编程,为后面的大作业做下准备
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