2019 SDN上机第7次作业

1.补充并运行basic代码

任务是实现基础的交换机转发数据包功能

将basic.p4补充完整后，代码如下：

#include <core.p4>
#include <v1model.p4>

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 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;
    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;  /*转到parse_ethernet执行*/
    }   
    state parse_ethernet
    {   
    packet.extract(hdr.ethernet);   /*提取以太包头*/
        transition select(hdr.ethernet.etherType) {  /*根据协议类型选择下一个状态*/
            0x0800: parse_ipv4;   /*如果是0x0800，转到parse_ipv4执行*/
        default: accept;      /*其他的转到accept执行*/
        }
    }
    state parse_ipv4
    {        
    packet.extract(hdr.ipv4); /*提取ip包的头部*/
        transition accept;/*转到accept执行*/
    }
}


/*************************************************************************
************   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) {
        hdr.ethernet.srcAddr = hdr.ethernet.dstAddr;   /*原数据包的源地址改为自己的地址*/
        hdr.ethernet.dstAddr = dstAddr;/*原数据包的目的地址更新*/
    standard_metadata.egress_spec = port; /*从参数中获取要输出的端口*/
    hdr.ipv4.ttl = hdr.ipv4.ttl - 1;
    }
    
    table ipv4_lpm {
        key = {
            hdr.ipv4.dstAddr: lpm;
        }
        actions = {
            ipv4_forward;
            drop;
            NoAction;
        }
        size = 1024;
        default_action = NoAction();
    }
    
    apply {
        if (hdr.ipv4.isValid())
        {
          ipv4_lpm.apply(); /*这里要求搞定入口协议逻辑编写，即数据包处理逻辑，条件是ipv4头部有效时ipv4_lpm可以使用*/
        }
    }
}

/*************************************************************************
****************  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) { /*数据包重组*/
    apply {
       packet.emit(hdr.ethernet);
       packet.emit(hdr.ipv4);
    }
}

/*************************************************************************
***********************  S W I T C H  *******************************
*************************************************************************/

V1Switch(
MyParser(),
MyVerifyChecksum(),
MyIngress(),
MyEgress(),
MyComputeChecksum(),
MyDeparser()
) main;

打开终端，进入basic文件夹，输入make run命令运行

输入net查看拓扑

在mininet界面进行ping通测试，测试主机之间的连通性

2.补充并运行支持基本隧道协议的basic_tunnel代码

任务是定义新的头部类型并修改交换机部分的代码，从而将消息封装进IP数据包并让目标端口使用新的头文件

补充basic_tunnel.p4代码：

#include <core.p4>
#include <v1model.p4>
// NOTE: new type added here
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;
}
// NOTE: added new header type
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 */
}
// NOTE: Added new header type to headers struct
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_IPV4 : parse_ipv4;
    TYPE_MYTUNNEL: parse_myTunnel;  /*设置mytunnel头类型对应的以太类型为ipv4*/
        default : accept;
    }
}

 state parse_myTunnel /*要求更新解析器，解析mytunnel头部，那么添加mytunnel头类型。其中类型字段为16位的proto_id，类型为*/
{
    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) {  /*要求定义一个新动作，将出口端口设置为控制平面提供的端口号*/
    standard_metadata.egress_spec = port;
}

table myTunnel_exact {    /*要求定义一个新表，将它的dstid匹配mytunnel字段，如果myTunnel_forward存在匹配项，就调用drop操作*/
    key = {
        hdr.myTunnel.dst_id: exact;
    }
    actions = {
        myTunnel_forward;
        drop;
    }
    size = 1024;
    default_action = drop();
}

apply {
    if (hdr.ipv4.isValid()&&!hdr.myTunnel.isValid()) {  /*处理未经过通道的ipv4包*/
        ipv4_lpm.apply();
    }
if (hdr.myTunnel.isValid()) { /* 处理经过通道的ipv4包*/
        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); /把通道头部加进去/
packet.emit(hdr.ipv4);
}
}
/*************************************************************************
*********************** S W I T C H *******************************
*************************************************************************/
V1Switch(
MyParser(),
MyVerifyChecksum(),
MyIngress(),
MyEgress(),
MyComputeChecksum(),
MyDeparser()
) main;

打开终端，进入basic_tunnel文件夹，输入make run编译运行

输入net查看拓扑

测试连通性

在mininet命令提示符界面输入xterm h1 h2来模拟两个终端

h2输入

./receive.py

h1输入

./send.py 10.0.2.2 "hello"

检查主机2的xterm界面，可以看到已经接收到了信息，内容包括以太头部，IP头部，TCP头部以及发送的信息

在主机1的xterm界面修改dsi_id，再次发送消息

./send.py 10.0.2.2 "P4 is cool" --dst_id 2

检查主机2的xterm界面，可以看到已经接收到了信息，内容包括以太头部，IP头部，TCP头部以及发送的信息

接着在主机1的xterm界面修改IP地址，再一次发送信息

./send.py 10.0.3.3 "P4 is cool" --dst_id 2

检查主机2的xterm界面，可以看到已经接收到了信息，IP地址变更为了主机3的地址，这是因为交换机不再使用IP头部数据来定位，而是用数据包中的隧道头部数据来定位

3.提交你对P4的认识和体会。

通过本次实验，我对P4的编程有了大概的认识。它的可读性较强，就是状态间的不断转换；它的便捷性很高，可以更方便地定位数据包发送的目标地址。但是我目前仅仅只是了解了皮毛，若要深入掌握p4，还要进行大量的学习。