P4 tutorials实验 - load_balance

P4 tutorials实验 - load_balance

基础知识

• ECMP： Equal-Cost Multi-Path，等价多路径，参考链接
• 负载均衡：将负载分配到多个服务器上，避免少数服务器过载
• 哈希函数：hash()函数有五个参数，分别是存放hash结果、使用的hash算法、base值、哈希因子、count值
• 本实验中哈希因子选取五元组，即源ip、目的IP、协议、源端口、目的端口（注意两个端口应该在TCP报头获取）
• 本例中base=0，哈希运算的结果是0到count-1

实验部分

实验链接：https://github.com/p4lang/tutorials/tree/master/exercises/load_balance

本实验实现基于等成本多路径转发的简单版本的负载均衡。我们实现的交换机将会用两个table（ecmp_group和ecmp_nhop），将数据包随机地转发到两个目标主机中的一个。ecmp_group表使用哈希函数选择一个目标主机，ecmp_nhop表使用计算出的哈希值将数据包转发到所选的主机。

TODO 1：对五元组进行哈希运算并将运算结果保存到meta.ecmp_select中

action set_ecmp_select(bit<16> ecmp_base, bit<32> ecmp_count) {
    /* TODO: hash on 5-tuple and save the hash result in meta.ecmp_select 
       so that the ecmp_nhop table can use it to make a forwarding decision accordingly */
       hash (meta.ecmp_select, //存放result
       HashAlgorithm.crc16, //选择的hash算法
       ecmp_base,//base值
       {
        	hdr.ipv4.srcAddr, hdr.ipv4.dstAddr, hdr.ipv4.protocol, hdr.tcp.srcPort, hdr.tcp.dstPort
       },//哈希因子
       ecmp_count);//count值
}

TODO 2： 应用ecmp_group表与ecmp_nhop表

apply {
    if (hdr.ipv4.ttl > 0 && hdr.ipv4.isValid()) {
    //当ipv4头部有效且ttl还没有减到0时
        ecmp_group.apply();
        ecmp_nhop.apply();
    }
}

编译运行，尝试发送多条消息，可以看到h1向同一个目的ip发出的消息可能被h2或者h3接收

tips

问题1：step 1中，直接进行make操作，可能出现以下报错：

AttributeError: Could not find 'MyIngress.ecmp_group' of type tables
make: *** [../../utils/Makefile:35: run] Error 1

在原始的load_balance.p4代码中，确实可以看到MyIngress的apply部分为空，但如果在apply部分直接应用这两个表，即直接写入如下代码的话，虽然可以消除报错，但在运行未完整代码时，h2可以收到信息，不满足其实验现象。

ecmp_group.apply();
ecmp_nhop.apply();

解决方案：直接完成apply部分的TODO任务，重新编译运行step 1中的操作，可以满足其实验现象。

further observation

用来进行哈希运算的操作set_ecmp_select的参数ecmp_base和ecmp_count是sX-runtime.json中下发的，分别取值为0和2，且该表项的match字段是目的ip地址，这意味着只有目的ip为10.0.0.1的数据包才会被这条规则进行负载均衡，如下s1-runtime.json代码显示：

	{
      "table": "MyIngress.ecmp_group",
      "match": {
        "hdr.ipv4.dstAddr": ["10.0.0.1", 32]
      },
      "action_name": "MyIngress.set_ecmp_select",
      "action_params": {
        "ecmp_base": 0,
        "ecmp_count": 2
      }
    },

此外，哈希函数中count值（即本例中的ecmp_count）的限制作用，是<= count-1而不是<= count，可参考sX-runtime.json中下发的规则，其用来存放哈希结果的元数据meta.ecmp_select只有两个匹配值，分别为0和1，分别对应拓扑中的主机h2和h3，（如下s1-runtime.json代码显示），这意味着哈希运算的结果只有0或1两种可能，所以是<= count-1。

	{
      "table": "MyIngress.ecmp_nhop",
      "match": {
        "meta.ecmp_select": 0
      },
      "action_name": "MyIngress.set_nhop",
      "action_params": {
        "nhop_dmac": "00:00:00:00:01:02",
        "nhop_ipv4": "10.0.2.2",
	"port" : 2
      }
    },
    {
      "table": "MyIngress.ecmp_nhop",
      "match": {
        "meta.ecmp_select": 1
      },
      "action_name": "MyIngress.set_nhop",
      "action_params": {
        "nhop_dmac": "00:00:00:00:01:03",
        "nhop_ipv4": "10.0.3.3",
	"port" : 3
      }
    },