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P4-P4 Utils学习笔记

oublie included in P4
   2759 words   6 minutes 

P4-utils官方文档

P4-utils详细API参考

介绍

P4-Utils 是一个 Python 包，允许用户创建和测试可以包含 P4 交换机的虚拟网络。

P4是一种特定领域的编程语言，它指定数据平面设备如何处理数据包。

p4app由P4社区创建，提供基于P4语言的测试和原型平台。P4-Utils是ETH Networked Systems Group为简化p4app使用和开发而进行改进的成果。

安装与卸载

前提条件

  • 安装PI LIBRARY REPOSITORY为 P4Runtime 服务器提供了一个实施框架。
  • 安装BEHAVIORAL MODEL (bmv2)提供软件交换机（simple_switch和 simple_switch_grpc）的实现
  • 安装P4c提供P4编译器
  • 安装mininet提供网络模拟环境
  • 安装FRRouting提供用于 Linux 和 Unix 平台的免费开源 Internet 路由协议套件

安装

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git clone https://github.com/nsg-ethz/p4-utils
cd p4-utils
sudo ./install.sh

卸载

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sudo ./uninstall.sh

用法

仅考虑python脚本方法，不考虑json方法

网络设置

创建一个网络

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from p4utils.mininetlib.network_API import NetworkAPI

net = NetworkAPI()

设置脚本执行期间显示的日志的详细程度（debug，info，output，warning，error，critical）

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net.setLogLevel('info')

默认情况下，网络主机的 ARP 表在网络启动时以静态方式填充。disableArpTables()和disableGwArp()方法为同一子网内的主机及其网关禁用静态 ARP 条目。

添加节点，确保都具有唯一的名称

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net.addP4Switch('s1')
net.addHost('h1')

用P4程序来配置P4交换机，支持相对路径和绝对路径，该文件将被编译，然后配置给交换机

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net.setP4Source('s1','l2_forwarding.p4')

添加链接，链接的节点预先添加

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net.addLink('s1', 'h1')

可以指定节点对于链接的端口号，不指定端口号，将执行自动分配。自动分配规则是固定的，所以网络脚本的多次执行自动分配的端口号是一致的。

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net.setIntfPort('s1', 'h1', 1)  # Set the number of the port on s1 facing h1

可以限制链接带宽

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# 单个链接的带宽
net.setBw('s1','h1', 5)
# 一次性设置所有链接的带宽
net.setBwAll(5)

3种方式为节点分配 IP 和 MAC

  • 默认所有节点的IP位于网段10.0.0.0/8，MAC地址是随机的
  • 为每个接口手动指定IP和MAC
    • setIntfIp()方法设置IP地址：net.setIntfIp('h1','s1','10.0.0.1/24') # The interface of h1 facing s1 has IP 10.0.0.1/24
    • setIntfMac()方法设置MAC地址：net.setIntfIp('h1','s1','00:00:00:00:00:01') # The interface of h1 facing s1 has MAC 00:00:00:00:00:01
  • 预定义的自动分配策略，后面会详细讲解：
    • l2策略：net.l2()
    • mixed：net.mixed()
    • l3：net.l3()

所有主机都在一个网段可以设置l2策略

然后可以设置节点通用选项。比如为 P4 交换机启用.pcap文件转储和日志记录

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# 为所有交换机配置
net.enablePcapDumpAll(pcap_dir='./pcap')
net.enableLogAll(log_dir='./log')
# 为指定交换机配置
net.enablePcapDump(name, pcap_dir='./pcap')
net.enableLog(name, log_dir='./log')

启用网络客户端并启动网络

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net.enableCli()
net.startNetwork()

执行网络，以超级用户权限运行 Python 脚本

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sudo python3 network.py

自动分配策略

主机命名为hi，交换机命名为si，i为数字

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将所有设备置于同一个 IPv4 网段中 ( 10.0.0.0/16)

主机ip分配为10.0.x.y/16，x和y为主机id的高字节和低字节

mixed

将连接到同一交换机的主机置于同一子网中，将不同的交换机（甚至连在一起的交换机）置于不同的子网中。

  • 主机ip：10.x.y.z/24，x和y为网关交换机id的高字节和低字节，z为主机id
  • 直连所在网段的交换机端口：10.x.y.254/24，x和u分别是网关交换机id的高字节和低字节
  • 两个交换机互联的端口：20.sw1.sw2.<1,2>/24，按链接定义的顺序，sw1是第一个交换机的ID，sw2是第二个交换机的id。最后一个字节，第一个交换机接口为1，第二个交换机接口为2。

l3

每台主机置于不同子网。

  • 主机ip：10.x.y.2/24，x是网关交换机的id，y是主机id
  • 直连主机的交换机端口：10.x.y.1/24，x是网关交换机id，y是主机id
  • 两个交换机互联的端口：20.sw1.sw2.<1,2>/24，按链接定义的顺序，sw1是第一个交换机的ID，sw2是第二个交换机的id。最后一个字节，第一个交换机接口为1，第二个交换机接口为2

网络客户端

由p4utils.mininetlib.cli.P4CLI实现

查看连通性

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mininet >  pingall

查看命令列表

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mininet> ?

控制平面配置

这里介绍Thrift客户端方式，py编程方式见高级用法

连接Thrift客户端

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simple_switch_CLI --thrift-port 9090 --thrift-ip 127.0.0.1

查看命令列表，查看命令说明

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RuntimeCmd: ?
RuntimeCmd: help <command>

填充交换机的动作匹配表

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RuntimeCmd: table_add dmac forward 00:00:0a:00:00:01 => 1

使用命令文件

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net.setP4CliInput('s1', 's1-commands.txt')

高级用法

控制平面配置

ThriftAPI

由 SimpleSwitchThriftAPI 实现，该控制器与交换机内置的 Thrift 客户端通信(与Thrift命令行客户端的方式是一样的)

控制器脚本可以和创建网络脚本分开，独立作为一个python脚本文件，首先导入配置 P4 交换机所需的模块

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from p4utils.utils.sswitch_thrift_API import SimpleSwitchThriftAPI

新建控制器

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controller = SimpleSwitchThriftAPI(9090,"127.0.0.1") # 可以省略默认9090，127.0.0.1

使用方法table_add()填充动作匹配表

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controller.table_add('dmac', 'forward', ['00:00:0a:00:00:01'], ['1'])

运行python文件即可实现控制器功能

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python3 controller.py

P4Runtime API

由 SimpleSwitchP4RuntimeAPI 实现，只能与支持 P4Runtime 的交换机一起使用（比如P4RuntimeSwitch）

使用 Python 启用 P4Runtime

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net.setCompiler(p4rt=True)
# 用addP4RuntimeSwtich替换addP4Switch方法
net.addP4RuntimeSwtich('s1')

创建控制器

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from p4utils.utils.sswitch_p4runtime_API import SimpleSwitchP4RuntimeAPI

controller = SimpleSwitchP4RuntimeAPI(device_id=1, grpc_port=9559,p4rt_path='l2_forwarding_p4rt.txt',
json_path='l2_forwarding.json')

p4rt_path参数和json_path参数对应的文件由P4编译器生成，省略device_id参数按声明顺序从1开始依次加1，省略grpc_port参数按声明顺序从9559开始依次加1

填充动作匹配表

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controller.table_add('dmac', 'forward', ['00:00:0a:00:00:01'], ['1'])

最后同样是运行脚本

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python3 controller.py

拓扑数据库

P4-Utils内置了一个网络启动后自动生成的拓扑数据库，保存在执行目录下的一个JSON文件中，通常叫做topology.json. 可以查询此文件以检索拓扑信息。

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

topo = load_topo('topology.json')

controller = SimpleSwitchP4RuntimeAPI(topo['s1']['device_id'],
                                       topo['s1']['grpc_port'],
                                       p4rt_path=topo['s1']['p4rt_path'],
                                       json_path=topo['s1']['json_path'])

for neigh topo.get_neighbors('s1'):
    if topo.isHost(neigh):
        controller.table_add('dmac',
                             'forward',
                             [topo.get_host_mac(neigh)],
                             [str(topo.node_to_node_port_num('s1', neigh))])

任务调度程序

Task Scheduler 允许用户在不同的节点上简单地安排不同的任务（例如流量的生成）

使用网络客户端安排任务

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mininet >  task  < node >  < start >  < duration >  < exe >  [ < arg1 > ]  ...  [ < argN > ]  [ -- mod  < module > ]  [ --< key1 >  < kwarg1 > ]  ...  [ --< keyM >  < kwargM > ]
  • node是节点名称
  • exe是要运行的可执行文件（shell 字符串命令或 Python 函数的名称）
  • argX是传递函数的位置参数（可选）
  • start是相对于当前时间的任务延迟秒数
  • duration是以秒为单位的任务持续时间（如果持续时间小于或等于 0，则任务没有时间限制）
  • keyX和kwargX是传递函数的关键字参数（可选）
  • 查找函数的默认模块是p4utils.utils.traffic_utils. 可以在–mod 命令中指定不同的模块。

例子

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mininet> task h1 0 10 "ping 10.0.0.2"

使用文件调度任务

与网络客户端任务语法一致，但省略task关键字，并且每行一个任务

如tasks.txt

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h1 30 10 "ping 10.0.0.2"
h3 10 30 "ping 10.0.0.4"

然后添加task到网络中

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net.addTaskFile('tasks.txt')

MX

mx命令用于进入linux网络命名空间，p4-utils里面的每一个节点其实就是一个网络命名空间

Updated on 2023-02-24  views
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