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。
img

  • 补充basic_tunnel.p4中的代码

    /* -*- 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;
    
  • 终端输入make run命令
  • xterm h1 h2 h3打开终端,在h2、h3运行./receive.py开始监听

    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

    • 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

  • 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

      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、实验总结

本次实验的主要内容是解P4-16版本的基本语法、基于V1Model的P4代码结构进行简单数据平面编程。实验难度较高。在basic_tunnel.p4代码的补全上。在补全代码这部分遇到了一些问题,通过面向百度编程解决问题。make up需要调用 mark_to_drop()函数 时不携带参数。通过这段时间的学习,加深了对于Linux以及sdn相关知识的了解,为下次sdn大作业的实现打下基础。,

posted @ 2021-11-03 17:21  0lwx  阅读(19)  评论(0编辑  收藏  举报