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

补充后代码如下：

/* -*- P4_16 -*- */
#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;	/*解析以太包头*/
    }	
    state parse_ethernet
    {	
	packet.extract(hdr.ethernet);   /*根据定义的数据结构提取以太包头*/
        transition select(hdr.ethernet.etherType) {  /*根据协议类型选择下一个状态*/
            0x0800: parse_ipv4;   /*设置为0x0800，parse_ipv4状态*/
	    default: accept;      /*默认设置为接受*/
        }
    }
    state parse_ipv4
    {        
	packet.extract(hdr.ipv4); /*提取ip包的头部*/
        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) {
        hdr.ethernet.srcAddr = hdr.ethernet.dstAddr;   /*原数据包的源地址改为目的地址*/
    	hdr.ethernet.dstAddr = dstAddr;
	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;

接着打开终端，进入basic文件夹，输入make run编译运行

在mininet界面进行ping通测试，先是将数据包从h1发送到h2
再就是进行全部主机之间的连通测试
如果都连通，证明代码补充成功

流程图

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部类型

补充后代码如下：

/* -*- P4_16 -*- */
#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*/
    {
        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) {  /*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;

接着打开终端，进入basic_tunnel文件夹，输入make run编译运行

在mininet命令提示符界面输入xterm h1 h2来模拟两个终端

先在主机2的xterm界面输入

./receive.py

启动服务器

接着在主机1的xterm界面输入

./send.py 10.0.2.2 "P4 is cool"

发送信息

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界面更改dst_id，再次发送信息

./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.对P4的认识和体会

初次接触P4，了解到它作为一种数据面的编程语言 ，克服了OpenFlow协议的局限性， 定义我们想要的数据面。进而再通过南向协议添加流表项，可以更方便地定位数据包发送的目标地址，但我目前仅能通过官方教程和老师指点学到些许皮毛，仅仅能完善官方提供好框架的basic代码来实现交换机的数据包转发情景，我自己仍然有着极大的不足，我需要更加努力学习，虚心向老师请教，尽力学好P4这一方便又高深的编程语言