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

  • 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(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

将上述程序编译并运行

xterm h1 h2 h3

打开终端,并在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
1.不使用隧道:

  • 在h1中使用命令
./send.py 10.0.2.2 "102192121"

  • 在h1中使用命令
./send.py 10.0.3.3 "102192121"


如图所示,不使用隧道转发的情况下,由h1向h2发送消息,h3不能收到,由h1向h3发送消息,h2不能收到。
2.使用隧道:

  • 在h1中使用命令
./send.py 10.0.2.2 "102192121 tunnel" --dst_id 3


在使用隧道转发下,h1中数据包无视10.0.2.2的目的ip地址,而根据dst_id送达h3。

四、个人总结:

这次的实验设计还是比较困难的,安装软件上出了一点问题,这个比较好解决,到了后面P4的学习就比较困难了,最后在询问同学才知道怎么做,中间因为代码问题,出现过错误。

在修改完程序代码后,问题得到解决。后面的数据包传输就比较简单了,主要问题还是在程序的编写上。
总的来说,本次实验还是学到了很多新的知识,了解了V1Model框架下P4_16的程序结构和基本语法,还有就是能够运用 P4 进行简单数据平面编程,使我受益匪浅。

posted @ 2021-11-03 17:42  湖泊不是大海  阅读(6)  评论(0编辑  收藏  举报