前言
上一篇《P4，走进网络数据平面可编程》简单介绍了 P4 ,并通过命令行的方式搭建 P4 的网络拓扑，搭建过程需要敲很多命令，比较烦琐，这篇我们将通过 python 脚本搭建。
本文涉及的代码在：https://github.com/cykun/p4-mininet
相关介绍
Mininet
Mininet 是一个网络模拟器，或者更准确地说是一个网络模拟编排系统。它在单个 Linux 内核上运行一组终端主机、交换机、路由器和链接。它使用轻量级虚拟化使单个系统看起来像一个完整的网络，运行相同的内核、系统和用户代码。
通过 Mininet ,我们可以写 python 脚本来搭建网络拓扑，但 Mininet 本身是不支持 bmv2 交换机的，因此需要重写 Mininet下的 Switch 和 Host 类，好在 p4lang 已经提供了这些脚本，只要提取出来就能用了：https://github.com/p4lang/tutorials/tree/master/utils
p4_mininet.py：继承 Mininet 的 Switch 和 Host 类，使其支持 bmv2。
p4runtime_switch.py： 继承 P4Switch 类，在其基础上，支持 grpc 调用。
实验拓扑
拓扑比较简单，两个虚拟主机连接同一台 bmv2 交换机。
编写拓扑脚本，取名为 run_exercise.py
from mininet.net import Mininet
from mininet.topo import Topo
from mininet.log import setLogLevel, info
from mininet.cli import CLIfrom p4_mininet import P4Switch, P4Host
from p4runtime_switch import P4RuntimeSwitchimport argparse
from time import sleepparser = argparse.ArgumentParser(description='Mininet demo')
parser.add_argument('--behavioral-exe', help='Path to behavioral executable',type=str, action="store", required=True)
parser.add_argument('--thrift-port', help='Thrift server port for table updates',type=int, action="store", default=9090)
parser.add_argument('--num-hosts', help='Number of hosts to connect to switch',type=int, action="store", default=2)
parser.add_argument('--mode', choices=['l2', 'l3'], type=str, default='l3')
parser.add_argument('--json', help='Path to JSON config file',type=str, action="store", required=True)
parser.add_argument('--pcap-dump', help='Dump packets on interfaces to pcap files',type=str, action="store", required=False, default=False)args = parser.parse_args()class SingleSwitchTopo(Topo):def __init__(self, sw_path, json_path, thrift_port, pcap_dump, n, **opts):# Initialize topology and default optionsTopo.__init__(self, **opts)switch = self.addSwitch('s1',sw_path = sw_path,json_path = json_path,thrift_port = thrift_port,pcap_dump = pcap_dump)for h in range(n):host = self.addHost('h%d' % (h + 1),ip = "10.0.0.%d/24" % (h + 1),mac = '00:04:00:00:00:%02x' %h)self.addLink(host, switch)
def main():num_hosts = args.num_hostsmode = args.modetopo = SingleSwitchTopo(args.behavioral_exe,args.json,args.thrift_port,args.pcap_dump,num_hosts)net = Mininet(topo = topo,host = P4Host,switch = P4RuntimeSwitch,controller = None)net.start()sw_mac = ["00:aa:bb:00:00:%02x" % n for n in range(num_hosts)]sw_addr = ["10.0.%d.1" % n for n in range(num_hosts)]for n in range(num_hosts):h = net.get('h%d' % (n + 1))if mode == "l2":h.setDefaultRoute("dev eth0")else:h.setARP(sw_addr[n], sw_mac[n])h.setDefaultRoute("dev eth0 via %s" % sw_addr[n])for n in range(num_hosts):h = net.get('h%d' % (n + 1))h.describe()sleep(1)print("Ready !")CLI( net )net.stop()
if __name__ == '__main__':setLogLevel( 'info' )
Mininet 的 switch 改成 P4RuntimeSwitch，本质调用 bmv2 交换机。
SingleSwitchTopo 继承 Topo ，星型拓扑，内部添加一台 bmv2 交换机，主机数目自定，默认是2台，ip 前缀都为 10.0.0.0/24
写过 Mininet 脚本的应该对这个比较熟悉。
编写执行脚本，命名为 run.sh
BMV2_SWITCH_EXE="simple_switch_grpc"p4c --target bmv2 --arch v1model --p4runtime-files demo.p4info.txt --std p4-16 -o build p4src/demo.p4
sudo ./run_exercise.py --behavioral-exe simple_switch_grpc --json build/demo.json
这里的 demo.p4 沿用上一篇 《P4，走进网络数据平面可编程》 的 P4代码。首先先用 p4c 编译 p4src 下的 demo.p4 源码，编译后的文件放在 build 文件夹下，接着运行 run_exercise.py 脚本。
执行运行脚本
cyquen@cyquen-virtual-machine:~/P4/p4_mininet$ ./run.sh
[sudo] password for cyquen:
*** Creating network
*** Adding hosts:
h1 h2
*** Adding switches:
s1
*** Adding links:
(h1, s1) (h2, s1)
*** Configuring hosts
h1 h2
*** Starting controller*** Starting 1 switches
s1 Starting P4 switch s1.
simple_switch_grpc -i 1@s1-eth1 -i 2@s1-eth2 --nanolog ipc:///tmp/bm-0-log.ipc --device-id 0 build/demo.json --thrift-port 9090 -- --grpc-server-addr 0.0.0.0:50051
P4 switch s1 has been started.**********
h1
default interface: h1-eth0 10.0.0.1 00:04:00:00:00:00
**********
**********
h2
default interface: h2-eth0 10.0.0.2 00:04:00:00:00:01
**********
Ready !
*** Starting CLI:
mininet>
看到了熟悉的界面?，但这里的交换机已经不是 Openflow 了，观察到它执行了这条命令
simple_switch_grpc -i 1@s1-eth1 -i 2@s1-eth2 --nanolog ipc:///tmp/bm-0-log.ipc --device-id 0 build/demo.json --thrift-port 9090 -- --grpc-server-addr 0.0.0.0:50051
跟我们手动敲命令行来搭 bmv2 是差不多，只不过它自动帮我们执行了。
向交换机的路由表中下发路由
这里我们先写一个 commands.txt 文件来保存要下发的命令，拓扑就两台虚拟主机，一台 ip 为 10.0.0.1,另一台 10.0.0.2，分别接到交换机的 1 口和 2 口。
table_add ipv4_lpm ipv4_forward 10.0.0.1/32 => 1
table_add ipv4_lpm ipv4_forward 10.0.0.2/32 => 2
之后可以通过 p4lang 提供的 runtime_CLI.py 脚本，用一下命令输入：
cyquen@cyquen-virtual-machine:~/P4/p4_mininet$ ./runtime_CLI.py < commands.txt
Obtaining JSON from switch...
Done
Control utility for runtime P4 table manipulation
RuntimeCmd: Adding entry to lpm match table ipv4_lpm
match key: LPM-0a:00:00:01/32
action: ipv4_forward
runtime data: 00:01
Entry has been added with handle 0
RuntimeCmd: Adding entry to lpm match table ipv4_lpm
match key: LPM-0a:00:00:02/32
action: ipv4_forward
runtime data: 00:02
Entry has been added with handle 1
RuntimeCmd:
这样就完成下发路由操作。
测试交换机的三层转发
在 Mininet 控制台下执行
mininet> xterm h1 h2
调出 h1 和 h2 控制台
测试 h1 ，h2 连通性：h2 执行 ./receive.py ，h1 执行 ./send.py 10.0.0.2 hello
结束！