例程目录文件
p4app.json或network.py：描述需要创建的拓扑（拓扑由mininet创建）reflector.p4：P4程序send_receive.py：用于发送和接收数据包的Python脚本
拓扑描述文件
https://nsg-ethz.github.io/p4-utils/usage.html#json
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{
"p4_src": "reflector.p4",
"cli": true,
"pcap_dump": true,
"enable_log": true,
"topology": {
"assignment_strategy": "l2",
"links": [["h1", "s1"],
"hosts": {
"h1": {
}
},
"switches": {
"s1": {
}
}
}
}
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pr_src指出需要编译运行的P4源程序是reflector.p4
pcap_dump指示是否激活交换机端口上的数据包嗅探，嗅探的数据包保存在.pcap文件中
assignment_strategy指示网络运行模式：
l2表示所有的交换机都在L2链路层工作，所有的hosts都会被放在同一个子网10.0.0.0/16中（IP形如10.0.x.y/16），同时每个host的ARP Table也会被自动填充完成l3表示所有交换机位于L3网络层工作，每个接口都属于独立的子网：主机IP为10.x.y.2/24，其相连的交换机端口IP地址为10.x.y.1/24（x为交换机ID，y为主机ID）；交换机sw1与交换机sw2连接时，sw1端口的IP地址为20.sw1.sw2.1/24，sw2端口的IP地址为20.sw1.sw2.2/24，sw1为sw1交换机编号，sw2为sw2交换机编号mixed表示每个host只能和一个交换机连接，连接在同一个交换机上的host属于1 个/24子网中，该交换机作为该host的L3层网络层网关
端侧收发脚本
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#!/usr/bin/env python3
import sys
import socket
import random
import time
from threading import Thread, Event
# Scapy可实现对网络数据包发送、监听、解析等操作
from scapy.all import *
class Sniffer(Thread):
# Sniffer类抓包
def __init__(self, interface="eth0"):
super(Sniffer, self).__init__()
self.interface = interface
self.my_mac = get_if_hwaddr(interface)
self.daemon = True
self.socket = None
self.stop_sniffer = Event()
def isNotOutgoing(self, pkt):
return pkt[Ether].src != self.my_mac
def run(self):
self.socket = conf.L2listen(
type=ETH_P_ALL,
iface=self.interface,
filter="ip"
)
# opened_socket对指定的对象使用.recv进去读取
# prn指定回调函数 每当符合filter的报文被探测到时 就会执行回调函数
# lfilter使得每接收到数据包后 调用函数确定是否可以执行进一步的操作
# stop_filter在处理完每个符合filter的报文后 调用函数判断是否停止监听
# lfilter相当于Python中的continue
# stop_filter相当于Python中的break
sniff(opened_socket=self.socket, prn=self.print_packet, lfilter=self.isNotOutgoing, stop_filter=self.should_stop_sniffer)
def join(self, timeout=None):
self.stop_sniffer.set()
super(Sniffer, self).join(timeout)
def should_stop_sniffer(self, packet):
# 如果停止抓包的 Event 被设置了，就不再抓包
return self.stop_sniffer.isSet()
def print_packet(self, packet):
print("[!] A packet was reflected from the switch: ")
#packet.show()
ether_layer = packet.getlayer(Ether)
print(("[!] Info: {src} -> {dst}\n".format(src=ether_layer.src, dst=ether_layer.dst)))
def get_if():
# 获取interface列表
ifs=get_if_list()
# 在interface列表中查找目标接口 x-eth0
iface=None
for i in get_if_list():
if "eth0" in i:
iface=i
break
if not iface:
print("Cannot find eth0 interface")
exit(1)
return iface
def send_packet(iface, addr):
input("Press the return key to send a packet:")
print("Sending on interface %s to %s\n" % (iface, str(addr)))
# 构造数据包的L2层
pkt = Ether(src=get_if_hwaddr(iface), dst='00:01:02:03:04:05')
# 构造数据包的L3层
pkt = pkt /IP(dst=addr)
# 发送数据包
sendp(pkt, iface=iface, verbose=False)
def main():
# 目标IP地址为10.0.0.2
addr = "10.0.0.2"
# gethostbyname函数尝试将主机名解析为IP地址
# 例如：socket.gethostbyname('www.163.com')
# 将返回：'60.191.81.49'
addr = socket.gethostbyname(addr)
# 获取当前的interface
iface = get_if()
# 从该interface创建线程开始抓包
listener = Sniffer(iface)
listener.start()
time.sleep(0.1)
try:
while True:
# 每0.5秒发送一个数据包
send_packet(iface, addr)
time.sleep(0.5)
except KeyboardInterrupt:
# 键盘键入退出事件 结束监听
print("[*] Stop sniffing")
listener.join(2.0)
if listener.isAlive():
listener.socket.close()
if __name__ == '__main__':
main()
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交换机反射器程序
反射器把将数据包从入端口发送回去，即数据包从哪来，就发至哪处，因此需要调换源地址和目标地址
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/* -*- P4_16 -*- */
#include <core.p4>
#include <v1model.p4>
/*************************************************************************
*********************** H E A D E R S ***********************************
*************************************************************************/
typedef bit<48> macAddr_t;
// 定义PacketHeader 此处定义的为链路层头部
header ethernet_t {
macAddr_t dstAddr;
macAddr_t srcAddr;
bit<16> etherType;
}
// 定义元数据
struct metadata {
/* empty */
}
// 实例化数据包头部
struct headers {
ethernet_t ethernet;
}
/*************************************************************************
*********************** P A R S E R ***********************************
*************************************************************************/
// 定义解析器
// in 解析器的输入是将要处理的数据包
// out 解析器的输出是完成解析的数据包头部
// inout 解析器的双方向参数是元数据
parser MyParser(packet_in packet,
out headers hdr,
inout metadata meta,
inout standard_metadata_t standard_metadata) {
// 解析器采用状态机的方式组织 以start开始
state start{
// 解析提取数据包packet头部 填充进struct header定义的ethernet中
packet.extract(hdr.ethernet);
// 解析器以accept结束 accept表示解析成功
transition accept;
}
}
/*************************************************************************
************ C H E C K S U M V E R I F I C A T I O N *************
*************************************************************************/
// 定义在入端口的控制流 用于检查数据包校验和 此时省略跳过检查过程
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 *******************
*************************************************************************/
// 定义在入端口侧的控制流
control MyIngress(inout headers hdr,
inout metadata meta,
inout standard_metadata_t standard_metadata) {
// 定义action动作
action swap_mac(){
// 定义临时变量tmp
macAddr_t tmp;
// 交换L2链路层头部的源MAC地址与目的MAC地址
tmp = hdr.ethernet.srcAddr;
hdr.ethernet.srcAddr = hdr.ethernet.dstAddr;
hdr.ethernet.dstAddr = tmp;
}
// 控制逻辑
apply {
// 执行定义的swap_mac动作 以实现源目的MAC地址的对调
swap_mac();
// 在固有元数据中设置出端口号为入端口号
standard_metadata.egress_spec = standard_metadata.ingress_port;
}
}
/*************************************************************************
**************** E G R E S S P R O C E S S I N G *******************
*************************************************************************/
// 定义在出端口侧的控制流 不执行任何动作
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 **************
*************************************************************************/
// 定义在出端口的控制流 用于重新计算数据包校验和 此时省略跳过计算过程
control MyComputeChecksum(inout headers hdr, inout metadata meta) {
apply { }
}
/*************************************************************************
*********************** D E P A R S E R *******************************
*************************************************************************/
// 封装器
control MyDeparser(packet_out packet, in headers hdr) {
apply {
// 使用emit函数重新封装struct header定义的ethernet头部
packet.emit(hdr.ethernet);
}
}
/*************************************************************************
*********************** S W I T C H *******************************
*************************************************************************/
// main函数依次调用解析器、流水线、封装器
V1Switch(
// 调用解析器进行数据包解析
MyParser(),
// 检查接收数据包的校验和
MyVerifyChecksum(),
// 入队列侧的Match-Action处理
MyIngress(),
// 入队列侧流水线与出队列侧流水线间存在交换逻辑
// 出队列侧的Match-Action处理
MyEgress(),
// 重新计算新数据包的校验和
MyComputeChecksum(),
// 调用封装器封装数据包
MyDeparser()
) main;
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执行P4仿真环境
在拓扑描述文件p4app.json所在的目录执行以下命令，启动网络拓扑：
该命令会自动调用Python脚本，解析拓扑描述文件p4app.json，创建基于mininet的虚拟网络环境，随后自动编译P4代码，并配置进软件交换机bmv2中
使用xterm h1命令登陆host1的shell界面，运行命令执行端侧收发Python脚本
需要说明的是：当mininet运行过程中，若更改了P4程序，可以直接在mininet中使用以下命令，重新编译加载新的P4程序，而无需关闭正在运行的mininet
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mininet> p4switch_reboot s1;
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