摘要
P4是Programming Protocol-independent Packet Processors的缩写，
开发环境：windows10 virtualBox vagrant
官方文档
代码库
P4中的一些概念
- P4是协议不相关的，所谓协议相关就是只能根据现有的协议来进行编程，例如OpenFlow1.0时有12个字段（IP，MAC等），但这明显是远远不够的。那么P4就解决了这个问题
- P4可以定义自己的匹配字段和动作（action），从而定义流表，进而形成流水线
- PISA（Protocol Independent Switch Architecture），一种通用的网络设备架构
- P4 runtime的定位与OpenFlow一致，与P4配合使用
- P4c是P4的reference编译器项目
- behavioral-model（bmv2）是一个支持P4的软交换机version2
- PI是P4 runtime的实现，用于控制面对数据面的控制
- mininet是一个轻量的网络仿真环境，可以构建虚拟网络，用于学习和测试
- P4 tagets指包括可编程ASIC，ovs，Bmv2等可加载P4程序的网络器件
一个简单的P4 Bmv2的simple switch target architecture
The V1Model consists of six P4 programmable components:
- Parser
- Checksum verification control block
- Ingress Match-Action processing control block
- Egress Match-Action processing control block
- Checksum update control block
- Deparser
开发环境部署
Get Start
官方提供的p4开发虚机镜像
国内某开发者的虚机镜像
由于P4开发环境各个组件之间有依赖，且兼容性做的不好，所以不要单独升级某一组件到最新版，可能与其他组件不兼容
- virtualbox创建Ubuntu16.04，desktop版，官方建议的版本，其他版本未经测试
- 执行root-bootstrap.sh和user-bootstrap.sh，代码全部修改为gitee上的代码
- 修改grpc中的submodule为gitee中的地址。修改.gitmodule，执行git submodule sync
First program
参考 https://github.com/p4lang/tutorials/tree/master/exercises/basic
- 在P4 tutorial的exercises/中有多个实例， 下是一个需要编程题（编写TODO部分），其子目录solution中的*.p4是添加了TODO部分的参考答案。
- 在该basic目录下执行make run会执行p4c编译代码，并在mininet中执行Bmv2。该目录下的Makefile将pod-topo目录下的topology.json作为拓扑信息参数，传递给../../utils目录下的Makefile，并执行该目录下的run_exercise.py脚本。
- 把basic.p4替换为solution中的文件时，各个host就可以ping通了。
以basic.p4进行说明：
/*************************************************************************
*********************** 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 { //header数据结构对应packet中的header
macAddr_t dstAddr;
macAddr_t srcAddr;
bit<16> etherType;
}
struct headers { //struct类似于python中的dictionary
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 { //进入parse过程，进入parse_ethernet
transition parse_ethernet;
}
state parse_ethernet {
packet.extract(hdr.ethernet); //参数hdr的ethernet头，解析成功，header的validity会自动设置为true，即自动帮我们确定header的格式是否正确
transition select(hdr.ethernet.etherType) { //根据hdr.ethernet.etherType的值选择处理流程
TYPE_IPV4: parse_ipv4;
default: accept;
}
}
state parse_ipv4 {
packet.extract(hdr.ipv4);
transition accept;
}
}
/*************************************************************************
************** 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) { //P4中的action就是C语言中的函数，此action需传入两个参数，此处可结合s1中ipv4_lpm这个table去理解
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 { //建立一个名称为ipv4_lpm（longest prefix match）的table
key = {
hdr.ipv4.dstAddr: lpm; //通过ipv4的dstAddr进行lpm
}
actions = { //包含table中所有可能的动作
ipv4_forward;
drop;
NoAction;
}
size = 1024; //table的entry数量
default_action = drop();
}
apply {
if (hdr.ipv4.isValid()) {
ipv4_lpm.apply();
}
}
}
/*************************************************************************
*********************** S W I T C H *******************************
*************************************************************************/
V1Switch(
MyParser(),
MyVerifyChecksum(),
MyIngress(),
MyEgress(),
MyComputeChecksum(),
MyDeparser()
) main;
S1交换机
在该实验中，通过静态建表的方式，在switch中的有MyIngress.ipv4_lpm表内容如下：
则当packet的ipv4.dstAddr匹配table中match的key，根据命中的action（ipv4_forward），传入参数dstAddr和port,并进行处理
P4 language specification
Overview
The core abstractions：
- Header type
- Parsers
- Tables
- Actions
- Match-action-unit
- Control flow
- Extern objects
- User-define metadata
- Intrinsic metadata
Data plane interface
control MatchActionPipe<H>(in bit<4> inputPort,
inout H parsedHeaders,
out bit<4> outputPort);
此declaration描述了一个叫MatchActionPipe的block，该block通过对data-dependent sequence of match-action单元装置和其他必要的constructs进行programmed
- 第一个参数是一个命名为inputPort的4bit的值，其中的in表示这是一个输入，不能修改
- 第二个参数是一个命名为parsedHeaders的H类型的object，inout表明这个参数是both an input and an output
- 第三个参数是一个命名为outputPort的4bit的值，其中out表明这是一个初始值未定义的输出
Extern objects and functions
P4 programs还能与体系结构（architecture）所提供的object and function交互（interact）。这些objects通过extern construct描述，such objects expose to the data-plane
一个extern object描述了一组由object实现的方法，但不是这些方法的实现（类似面向对象方法中的抽象类）下面这个结构体描述了the operations offered by an incremental checksum unit
extern Checksum16 {
Checksum16(); // constructor
void clear(); // prepare unit for computation
void update<T>(in T data); // add data to checksum
void remove<T>(in T data); // remove data from existing checksum
bit<16> get(); // get the checksum for the data added since last clear
}
Very Simple Switch Architecture（VSS）
- Arbiter block
- Parser runtime block
- Demux block
- Available exter blocks
变量类型
- Boolean
- integer
- string
参考资料
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