2019SDN第7次上机作业

1.作业要求：

作业博客链接：https://edu.cnblogs.com/campus/fzu/fzusdn2019/homework/10165

2.具体操作步骤与截图说明：

本次实验在学校机房完成，操作系统Ubantu。

根据P4教程，将basic和basic_tunnel两个案例程序补充完整，成功运行：

一、补充并运行basic案例程序（basic程序主要是实现基础的交换机转发数据包的功能）

basic.p4补充完整后的代码如下所示：

/* -*- 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;

    }

    state parse_ethernet {

        packet.extract(hdr.ethernet);

        transition select(hdr.ethernet.etherType) {

            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();

    }

    apply {

        if (hdr.ipv4.isValid()) {

            ipv4_lpm.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.ipv4);

    }

}

/*************************************************************************

***********************  S W I T C H  *******************************

*************************************************************************/

V1Switch(

MyParser(),

MyVerifyChecksum(),

MyIngress(),

MyEgress(),

MyComputeChecksum(),

MyDeparser()

) main;

将代码补充完整后，依次进入tutorials/exercises下的basic文件，输入make run命令运行，运行结果如下所示：
在mininet中用net查看拓扑结构
测试h1 ping h2
测试所有主机之间的连通性：pingall

二、补充并运行basic_tunnel案例程序（basic_tunnel程序主要功能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）

basic_tunnel.p4补充完整后的代码如下所示：

/* -*- 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;

先使用命令sudo mn -c来消除之前创建的拓扑，以免对后面的实验造成影响,然后再运行basic_tunnel.p4程序
将代码补充完整后，进入tutorials/exercises下的basic_tunnel文件，输入make run命令运行，运行结果如下所示：
在mininet中测试主机间的连通性
在mininet命令提示符界面输入xterm h1 h3，用来模拟两个终端

xterm h1 h3

现在主机h3的xterm界面运行receive.py文件，作为接收端

./receive.py

接着通过主机h1向主机h3发送信息

./send.py 10.0.3.3 "SDN fun"

检查主机h3的xterm界面，可以看到已经接收到了信息，内容包括以太网头部，IP头部，TCP头部以及发送的信息

接着在主机h1的xterm界面更改dst_id，再次发送信息

./send.py 10.0.1.1 "I receive the message!"--dst_id 3

检查主机3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

(5)实验体会:

P4是一门主要用于数据平面的编程语言，主要用于编程程序以下达指令给数据转发平面的设备(如交换机、网卡、防火墙、过滤器等)如何处理数据包，P4试图在从根本上改变我们设计网络系统的方式。通过P4语言，我们可以定义我们想要的数据面。进而再通过南向协议添加流表项。P4凭借其优异的抽象能力以及灵活性，让数据包的解析和转发流程也能通过编程控制，而且P4可以完整描述openflow的功能，为实现SDN的终极目标提供了有力支撑。

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1.作业要求：

2.具体操作步骤与截图说明：

根据P4教程，将basic和basic_tunnel两个案例程序补充完整，成功运行：

一、补充并运行basic案例程序（basic程序主要是实现基础的交换机转发数据包的功能）

二、补充并运行basic_tunnel案例程序（basic_tunnel程序主要功能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）

(5)实验体会:

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