2021 SDN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

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

二、实验环境

  1. 下载虚拟机软件Oracle VisualBox或VMware;
  2. 在虚拟机中安装Ubuntu 16.04 Desktop amd64,并安装完整Mininet和P4开发环境;
  3. 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。

· 首先进入/P4/tutorials/exercises/basic_tunnel

· 在basic_tunnel.p4中补全代码

· basic_tunnel.p4 代码

/* -*- 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();
    }
    
    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运行,之后可以看到启动mininet


· 可见h1,h2,h3的ip分别为“10.0.1.1”,“10.0.2.2”,“10.0.3.3”。

不使用隧道

· xterm h1 h2 h3打开终端,并在h2、h3运行./receive.py开始监听
--> 在h1中使用命令./send.py 10.0.2.2 "031902210"

--> 在h1中使用命令./send.py 10.0.3.3 "031902210"

· 由上可知,没有采用隧道转发的情况下,由h1向h2发送消息,h3不能收到;由h1向h3发送消息,h2不能收到。

使用隧道

· 在h1中使用命令./send.py 10.0.2.2 "031902210 tunnel" --dst_id 3

· 在h1中使用命令./send.py 10.0.3.3 "031902210 tunnel2" --dst_id 2

· 由上可知,采用隧道通信时不再根据 IP 报头进行路由,而是根据 mytunnel 标头指定的 dst_id 进行转发。

(三)实验报告

实验难度:
实验难度较难。

遇到的困难及解决办法:
   · 问题1:在补全P4代码这部分遇到了一些版本问题.
    解决:通过咨询同学后,查看官方,有一个solution文件夹,里面有一个P4代码,删掉参数即可用。原因是版本问题。

   · 问题2:修改代码后make run报错
    解决:make clean清楚之前的后,再make run成功运行。

个人感想:
  通过本次实验,学习老师给出的教程了解P4-16版本的基本语法、基于V1Model的P4代码结构后,我对P4有了初步的了解,也能够看得懂相应的代码。但我认为P4涉及到的知识很多,在这方面我仍需要更加深入的学习。这八次SDN实验下来,我已经能够熟练掌握mininet的使用,提升了自己代码编写的能力。而且我对网络的认知得到了翻天覆地的变化,感受到了新时代网络的发展趋势和前景。除此之外也增进了对linux系统的了解以及掌握了很多命令行的使用。感谢两个老师的耐心指导,使每一次的SDN理论和实践课堂都很充实,让我受益匪浅。

posted @ 2021-11-02 21:27  莫名。  阅读(169)  评论(0编辑  收藏  举报
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