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。
补完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P4程序编译并运行
此时没有采用隧道转发
输入xterm h1 h2，启动命令行
在h2中运行./receive.py
在h1中输入./send.py 10.0.2.2 "P4 is awesome"
由h1向h2发送"P4 is greate"消息，h3处不能收到。
采用隧道转发进行尝试，在h1处输入：./send.py 10.0.2.2 "P4 is greate" --dst_id 2,h2收到消息
h1处修改目的IP为10.0.3.3：
交换机仍然将该报文发送给h2
实验总结
本次实验使用P4编程语言，并尝试进行编写，由于之前没有编写过，难度可以说是很大，在学习代码上花费了很长的时间，更别提运行环境的安装也遇到了挺多的麻烦，所幸大部分的问题都可以通过上网查找资料得到。通过本次实验，我能够掌握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，有了很大的收获。
实验遇到的困难：
- 虚拟机环境与P4版本不适配
解决：下载新版本 - 代码很长，读懂花费很多时间，还要理解并进行修改
解决：学习，同时参考了一下同学的，有很大的启发