实验8：数据平面可编程实践——P4
实验8：数据平面可编程实践——P4
一、实验目的
1.掌握V1Model框架下P4_16的程序结构和基本语法
2.能够运用 P4 进行简单数据平面编程
二、实验环境
1.下载虚拟机软件Oracle VisualBox或VMware；
2.在虚拟机中安装Ubuntu 16.04 Desktop amd64，并安装完整Mininet和P4开发环境；
3.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。
- 进入文件夹/P4/tutorials/exercises/basic_tunnel，并打开basic_tunnel.p4文件，补全相应代码
/* -*- 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 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();
}
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;
- 编译并运行
make run
- 在mininet命令行输入命令，打开主机h1和h2的模拟终端
xterm h1 h2
-
未采用隧道转发时
先在h2中输入“./receive.py”命令，打开监控
在h1中输入“./send.py 10.0.2.2 "Hi"”命令，进行发送
-
采用隧道转发时
在h1中输入“./send.py 10.0.1.1 "102192108" --dst_id 2”命令
（二）进阶要求
在熟悉隧道转发原理的前提下，编写实现P4Runtime的Python代码，将流规则下发到上图拓扑中的交换机，实现依据此规则的隧道转发。
（三）实验报告
1.请用Markdown排版；
2.（一）只需要提交执行结果截图和附图说明，其余文字请勿赘述；
3.（二）不做必须要求，有完成的同学请提交执行结果截图和附图说明，其余文字请勿赘述。
4.个人总结，包括但不限于实验难度、实验过程遇到的困难及解决办法，个人感想，不少于200字。
本次实验主要的难点在于熟悉P4的编程语言跟结构，这方面还比较吃力。其他方面的操作跟调用测试等有之前的实验基础，还较为容易理解，主要困难在于ijie原理后，如何实现目标要求的实施。在实验过程中，主要有以下几个问题：
（1）下载安装P4时，下载耗时较长，安装镜像文件一开始没反应过来，下载完就想直接把文件导入到了原先实验的虚拟机内，还去查了一些在虚拟机Ubuntu和宿主机Windows之间传送文件的方法，后面反应过来后，按最早的安装文档，直接导入虚拟机即完成。
（2）比较困难的是P4语言的学习，对我来讲还比较困难，只能勉强理解，再参照其他同学做的一些内容结合参照。
（3）在转发时，一开始没有先打开h2监控，导致输入h1转发时h2没有反应，这后面几次的实验，在做转发发包调用测试时都要十分注意先后顺序，检查有无联通控制器等。
SDN这门课总体而言，随着上机实验的进展，令我逐步加深软件定义网络的理解，也更加意识到这么技术在现下及未来对基础网络设置联通方面的重要性。虽然我们做的这些实验还比较粗浅，再加上自己本身没有编程语言基础，在做的过程中慢慢尝试摸索，跟人请教参照别人作业，也逐步建立起来对SDN的基本理解。
