第八篇博客：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();
}

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
在h1命令行输入 /send.py 10.0.2.2 "h2"，不采用隧道转发，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


四、个人心得

此次实验难度于我而言比较大，主要的难点在于在basic_tunnel.p4代码的补全。在这部分遇到了很多很多问题，在参考实验报告、咨询几位同学后得到了解决，比较值得注意的点是make up需要调用 mark_to_drop()函数 时不携带参数，修改后才能成功的运行，通过本次实验，我了解到P4的基本语法和简单的程序样例，学会了阅读其代码，大概了解了V1Model框架下P4_16的程序结构和基本语法，也算是能够运用 P4 进行简单数据平面编程了吧？