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。

• 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。，