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
（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。
- 补完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P4程序编译并运行
xterm h1 h2 h3打开命令行，并在h2、h3命令行下运行./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
./send.py 10.0.2.2 "Hi, h2, i am 031902102"
./send.py 10.0.3.3 "Hi, h3, i am 031902102"
可以看到，数据包正常按照目的ipv4地址送达
- 使用隧道
./send.py 10.0.2.2 "this is tunnel to h3" --dst_id 3
使用隧道技术后，可以看到数据包无视10.0.2.2的目的ip地址，而根据dst_id送达h3
个人总结
实验难度
相对较难，主要体现在阅读量和理解量上
本次实验主要学习V1Model框架下P4_16的程序结构和基本语法，实验在P4_Suite上进行，实验目的在于是我们能够运用 P4 进行简单数据平面编程。 实验的总体内容具有一定的理解、学习难度。但基础部分并不是特别困难，进阶部分需要进一步对P4及相关知识加深理解和知识储备，所以本次进阶部分未能实现（好吧，我承认是我菜）。
遇到问题
- Q1：起初还没看pdf，想要先运行P4官方教程里附带的basic.p4和basic_tunnel.p4看看效果，结果basic正常通过make run运行起来了，而basic_tunnel运行不起来
- 解决方法：之后通过阅读pdf
（全英文PTSD复发），知道了我们需要自行补完** TODO: **后所写的功能或所需变更的逻辑。 - Q2：basic_tunnel.p4正常运行后，试图在命令行里运行receive.py但出现以下报错：
- 解决方法：仔细回顾所需达成目标和之前实验后，我明白了
我犯傻了，./receive.py需要在主机的命令行里开启监听，而不是在外部。
实验心得
通过本次实验实践，我初步了解掌握V1Model框架下P4_16的程序结构和基本语法，能使用P4进行十分初步的编程。但我自知自己的知识对于P4还很不深入，仍十分需要进一步的学习和实践，这可以在接下来的SDN实践大作业中进一步学习加强。本次实验也是SDN课程学习的最后一次实验，从本课程中，我对于SDN这一重要的技术领域有了初步的认识，也培养了相当的兴趣。今后的学习生活中，我也会在SDN，继续学习相关知识技术来充实自己。
