P4 03-L2_Basic_Forwarding

P4示例程序-03 L2基本交换机

功能：交换机根据MAC地址查表、确定转发出端口

拓扑结构

代码

p4app.json的拓扑结构

"topology": {
  "assignment_strategy": "l2",
  "links": [["h1", "s1"], ["h2", "s1"], ["h3", "s1"], ["h4","s1"]],
  "hosts": {
    "h1": {
    },
    "h2": {
    }
    ,
    "h3": {
    }
    ,
    "h4": {
    }
  },
  "switches": {
    "s1": {
    "cli_input": "s1-commands.txt"
    }
  }
}

原代码

/* -*- P4_16 -*- */
#include <core.p4>
#include <v1model.p4>
/*************************************************************************
*********************** H E A D E R S  ***********************************
*************************************************************************/
//TODO 1: Define ethernet header, metadata and headers struct
/*************************************************************************
*********************** 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 {
        //TODO 2: parse ethernet header
        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);
    }
    //TODO 4: define an action to set the egress port
    //TODO 3: define a l2 forwarding table and define a match to set the egress port
    apply {
        //TODO 5: call the forwarding table
    }
}
/*************************************************************************
****************  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 {
    }
}
/*************************************************************************
***********************  D E P A R S E R  *******************************
*************************************************************************/

control MyDeparser(packet_out packet, in headers hdr) {
    apply {
        //TODO 6: deparse ethernet header
    }
}
/*************************************************************************
***********************  S W I T C H  *******************************
*************************************************************************/
//switch architecture
V1Switch(
MyParser(),
MyVerifyChecksum(),
MyIngress(),
MyEgress(),
MyComputeChecksum(),
MyDeparser()
) main;

Headers

typedef bit<9>  egressSpec_t;// 定义 egress 端口类型，占 9 位
typedef bit<48> macAddr_t;// 定义 MAC 地址类型，占 48 位
typedef bit<32> ip4Addr_t;// 定义 IPv4 地址类型，占 32 位

header ethernet_t {// 定义以太网头部
    macAddr_t dstAddr;// 目的 MAC 地址
    macAddr_t srcAddr;// 源 MAC 地址
    bit<16>   etherType;// 以太网类型字段
}

struct metadata { // 自定义元数据结构
    /* empty */
}

struct headers {// 定义所有需要用到的头部
    ethernet_t   ethernet;// 只包含一个以太网头部
}

Parser

parser MyParser(packet_in packet,// 输入原始数据包
                out headers hdr,// 输出解析后的头部
                inout metadata meta,// 输入输出元数据
                inout standard_metadata_t standard_metadata) {// 输入输出标准元数据

    state start {// 起始解析状态
        packet.extract(hdr.ethernet);// 提取以太网头部
        transition accept;// 进入解析完成状态
    }
}

Checksum Verification

1
2
3

control MyVerifyChecksum(inout headers hdr, inout metadata meta) {
    apply {  }                                
}

Ingress Processing

control MyIngress(inout headers hdr,// 输入：头部
                  inout metadata meta,// 输入输出：元数据
                  inout standard_metadata_t standard_metadata) { // 输入输出：标准元数据

    action drop() {// 丢弃数据包的动作
        mark_to_drop(standard_metadata);// 设置为丢弃状态
    }

    action forward(bit<9> egress_port) {// 转发动作，参数为输出端口
        standard_metadata.egress_spec = egress_port;// 设置出口端口
    }

    table dmac {// dmac 表：匹配目的 MAC
        key = {
            hdr.ethernet.dstAddr: exact;// 精确匹配目的 MAC 地址
        }

        actions = {
            forward;// 命中则执行 forward 动作
            NoAction;// 不命中则什么都不做
        }
        size = 256;// 表项容量最大为 256
        default_action = NoAction;// 默认动作为不做处理
    }

    apply {// 入口处理的 apply 区块
        dmac.apply();// 应用 dmac 表进行转发决策
    }
}

Egress Processing

control MyEgress(inout headers hdr,// 输出：头部
                 inout metadata meta,// 输出：元数据
                 inout standard_metadata_t standard_metadata) {

    apply { }// 此处不进行出口处理
}

Checksum Computation

1
2
3

control MyComputeChecksum(inout headers hdr, inout metadata meta) {
    apply { }                                             
}

DE parser

control MyDeparser(packet_out packet, in headers hdr) {
    apply {
        // 将头部重新打包到输出数据包中
        packet.emit(hdr.ethernet);// 输出以太网头部
    }
}

Switch

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

s1-commands.txt

table_add dmac forward 00:00:0a:00:00:01 => 1
table_add dmac forward 00:00:0a:00:00:02 => 2
table_add dmac forward 00:00:0a:00:00:03 => 3
table_add dmac forward 00:00:0a:00:00:04 => 4

controller.py

from p4utils.utils.helper import load_topo
from p4utils.utils.sswitch_p4runtime_API import SimpleSwitchP4RuntimeAPI

topo = load_topo('topology.json')
controllers = {}

for switch, data in topo.get_p4rtswitches().items():
    controllers[switch] = SimpleSwitchP4RuntimeAPI(data['device_id'],data['grpc_port'],p4rt_path=data['p4rt_path'],json_path=data['json_path'])

controller = controllers['s1']                        

controller.table_add('dmac', 'forward', ['00:00:0a:00:00:01'], ['1'])
controller.table_add('dmac', 'forward', ['00:00:0a:00:00:02'], ['2'])
controller.table_add('dmac', 'forward', ['00:00:0a:00:00:03'], ['3'])
controller.table_add('dmac', 'forward', ['00:00:0a:00:00:04'], ['4'])