初识P4语言

P4学习之路

记录自己进行P4实验过程中所了解到的一些简单的P4知识

概念

• P4的全称是Programming Protocol-independent Packet Processor，即对协议无关的包处理器进行编程的语言
• 所谓对协议无关，即根据用户的需求实现一个全新的网络协议
• 定义自己想要的数据面，然后通过南向协议（openFlow）添加流表项

流程

• P4的流程如下图所示，当数据包进入交换机，首先解析数据包包头，然后ingress进行处理，最后封包转发走
• P4写的就是数据包怎么处理

包解析

• 包解析就是 提取出数据报文中我们要的数据这一步骤
  PS：（工程师提醒我）提取的是按照报文的顺序往后提取的，有一个指针指向了报文已经提取的位置
• 已经提取的部分，再提取就不对
  比如，我本来已经提取数据包IPv4的头部，包含了目的IP地址，我想将其作为四个8比特字符提取出来，不能再写一个提取目的地址，我就犯过这个错误

举例如下，需求：将目的IP地址解析为四个8比特字符
代码如下：

// 修改IPv4的header
header ipv4_h {
    
    bit<4> version;
    bit<4> ihl;
    bit<8> diffserv;
    bit<16> total_len;
    bit<16> identification;
    bit<3> flags;
    bit<13> frag_offset;
    bit<8> ttl;
    bit<8> protocol;
    bit<16> hdr_checksum;
    ipv4_addr_t src_addr;
    // ipv4_addr_t dst_addr;
    bit<8> ch1;
    bit<8> ch2; 
    bit<8> ch3; 
    bit<8> ch4;
}

// 包解析逻辑部分
parser SwitchIngressParser(
        packet_in pkt,
        out header_t hdr,
        out metadata_t ig_md,
        out ingress_intrinsic_metadata_t ig_intr_md) {
    

	// 解析器从start状态开始执行到结束，其中reject或accept表示已达到结束状态
	// transition表示转换到其他状态
    state start {
    
        pkt.extract(ig_intr_md);
        pkt.advance(PORT_METADATA_SIZE);
        transition parse_ethernet;
    }

    state parse_ethernet {
    
        pkt.extract(hdr.ethernet);
        transition parse_ipv4;
    }

	// 解析器状态的最后一条语句是可选的transition语句，将控制权转移到另一个状态，可能accept 或者reject
    state parse_ipv4 {
    
        pkt.extract(hdr.ipv4);
        transition accept;
    }
}

写表查表

• 写表，表包括以下几个部分
  • 表名
  • key值与匹配类型，匹配类型有exact、ternary、lpm三种
  • actions，包含所有可能的action
  • 定义默认的动作
  • 表的大小

table tableName {
    
        key = {
    
            a : exact;		// 关键字a是确切匹配
            b : ternary; 	// 关键字b是ternary类型
        }
        actions = {
    
            get_value;	// 包含所有可能的动作
        }
        size=1024;	//表的大小
    }

• 查表
  • 一个表只能查一次，一个表对应一个match-action unit（匹配动作单元）
  • 若要对一个表多次查找，则需要被实例化多次，即写多个名字不同的表
  • 查表在apply里面进行

apply {
    
		// 进行操作
		// 查表
        tableName.apply();
    }

• actions
  （个人感觉只能进行赋值操作…）
  • 只允许straight-line代码
  • 没有条件语句或表达式

包封装

暂未进行了解…

其它

• switch
  对于switch语句，表达式必须是t.apply().action_run()，所有标签必须是表的动作t，或者是default
• select
  选择表达式select将提取的标头字段与一组常量比较

参考

• 知乎上的P4学习笔记
• 官方的P4语言规范
• P4编程理论与实践——理论篇
• 一文读懂P4可编程交换芯片