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
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。

进入/P4/tutorials/exercises/basic_tunnel

补全basic_tunnel.p4的代码并make run运行

点击查看代码

/* -*- 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 </span><span style="color: #0000ff;">select</span><span style="color: #000000;">(hdr.ethernet.etherType) {
        TYPE_MYTUNNEL: parse_myTunnel;
        TYPE_IPV4: parse_ipv4;
        </span><span style="color: #0000ff;">default</span><span style="color: #000000;">: accept;
    }
}

state parse_myTunnel {
    packet.extract(hdr.myTunnel);
    transition </span><span style="color: #0000ff;">select</span><span style="color: #000000;">(hdr.myTunnel.proto_id) {
        TYPE_IPV4: parse_ipv4;
        </span><span style="color: #0000ff;">default</span><span style="color: #000000;">: 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 </span>=<span style="color: #000000;"> port;
    hdr.ethernet.srcAddr </span>=<span style="color: #000000;"> hdr.ethernet.dstAddr;
    hdr.ethernet.dstAddr </span>=<span style="color: #000000;"> dstAddr;
    hdr.ipv4.ttl </span>= hdr.ipv4.ttl - <span style="color: #800080;">1</span><span style="color: #000000;">;
}

table ipv4_lpm {
    key </span>=<span style="color: #000000;"> {
        hdr.ipv4.dstAddr: lpm;
    }
    actions </span>=<span style="color: #000000;"> {
        ipv4_forward;
        drop;
        NoAction;
    }
    size </span>= <span style="color: #800080;">1024</span><span style="color: #000000;">;
    default_action </span>=<span style="color: #000000;"> drop();
}

action myTunnel_forward(egressSpec_t port) {
    standard_metadata.egress_spec </span>=<span style="color: #000000;"> port;
}

table myTunnel_exact {
    key </span>=<span style="color: #000000;"> {
        hdr.myTunnel.dst_id: exact;
    }
    actions </span>=<span style="color: #000000;"> {
        myTunnel_forward;
        drop;
    }
    size </span>= <span style="color: #800080;">1024</span><span style="color: #000000;">;
    default_action </span>=<span style="color: #000000;"> drop();
}

apply {
    </span><span style="color: #0000ff;">if</span> (hdr.ipv4.isValid() && !<span style="color: #000000;">hdr.myTunnel.isValid()) {
        </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> Process only non-tunneled IPv4 packets</span>

            ipv4_lpm.apply();
}
    </span><span style="color: #0000ff;">if</span><span style="color: #000000;"> (hdr.myTunnel.isValid()) {
        </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> process tunneled packets</span>

            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;

xterm h1 h2 h3
./receive.py
./send.py 10.0.2.2 "102192101"
在h1终端下输入./send.py 10.0.2.2 "hello"向主机h2发送消息

在h1终端输入./send.py 10.0.1.1 "goodbye"--dst_id 2使用隧道进行测试，通过h1向h2发送消息

四、个人总结
本次实验在步骤上不多，但是难度可以说是很大的，因为没有PPT加上去官网看的文档不太懂，主要是需要要自己完成代码的编写，因为自己水平有限，在原网站找到了相关的代码完成了p4程序的编写。