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    • INT란?
    • MRI는 INT의 축소판 및 간편한 방법이라고 생각하면 된다. 튜토리얼 예시 같은 경우 토폴로지를 S1,S2,S3의 스위치가 있고, S1 = h1,h11. S2 = h2,h22. S3=h3 이렇게 연결 되어있으며, 각각의 스위치는 서로 연결 되어 있다. 그러하여 h1 → h2로 패킷을 보낼시에 MRI에 측정되는 SwitchTrace는 2개이며, 카운트 또한 2로 나오게 되는것이다.

    • 코드 블럭
      titleMRI(Multi-Hop Route Inspection)
      
      header ipv4_option_t {                        //MRI를 이용하기 위한 헤더 선언//
      bit<1> copyFlag;
      bit<2> optClass;
      bit<5> option;
      bit<8> optionLength;
      }
      
      
      header mri_t {								// mri작동을 위한 count수 설정을 통해 스위치 수 카운트 //
      bit<16> count;
      }
      
      
      header switch_t {							//MRI를 이용하면서 지나는 switch의 이름과 qdepth를 저장하기 위한 헤더 선언//
      switchID_t swid;
      qdepth_t qdepth;
      }
      
      
      state parse_ipv4_option {					//패킷을 수신한 후에 분석을 위해 헤더를 하나씩 분해 할 경우에 MRI 헤더가 있을 경우에 parse_mri를 이용//
      packet.extract(hdr.ipv4_option);
      transition select(hdr.ipv4_option.option) {
      IPV4_OPTION_MRI: parse_mri;
      default: accept;
      }
      }
      
      
      state parse_mri {							//mri 패킷 수신후 헤더를 분해하여 parse_swtrace의 상태로 보내는 함수 //
      packet.extract(hdr.mri);
      meta.parser_metadata.remaining = hdr.mri.count;
      transition select(meta.parser_metadata.remaining) {
      0 : accept;
      default: parse_swtrace;
      }
      }
      
      
      state parse_swtrace {							//parse_swtrace로 보내진 패킷의 헤더의 값을 수정 후 0이 될때까지 반복하는 상태 함수//
      packet.extract(hdr.swtraces.next);
      meta.parser_metadata.remaining = meta.parser_metadata.remaining - 1;
      transition select(meta.parser_metadata.remaining) {
      0 : accept;
      default: parse_swtrace;
      }
      } 
      
      action add_swtrace(switchID_t swid) {				//switch를 지날때의 스위치의 이름과 수를 저장하기 위한 함수//
      hdr.mri.count = hdr.mri.count + 1;
      hdr.swtraces.push_front(1);
      // According to the P4_16 spec, pushed elements are invalid, so we need
      // to call setValid(). Older bmv2 versions would mark the new header(s)
      // valid automatically (P4_14 behavior), but starting with version 1.11,
      // bmv2 conforms with the P4_16 spec.
      hdr.swtraces[0].setValid();
      hdr.swtraces[0].swid = swid;
      hdr.swtraces[0].qdepth = (qdepth_t)standard_metadata.deq_qdepth;
      
      
      hdr.ipv4.ihl = hdr.ipv4.ihl + 2;
      hdr.ipv4_option.optionLength = hdr.ipv4_option.optionLength + 8;
      hdr.ipv4.totalLen = hdr.ipv4.totalLen + 8;
      }
      
      
      table swtrace {
      actions = {
      add_swtrace;
      NoAction;
      }
      default_action = NoAction();
      }
      



    • Source Routing
      • Source Routing이란?
      • Image AddedImage Added

        코드 블럭
        titleSource Routing
        
        header srcRoute_t {                      //Source Routing을 위한 헤더 선언//
        bit<1> bos;
        bit<15> port;
        }
        
        
        state parse_ethernet {					// 이전의 경우는 이더넷 헤더 분석후 IPV4로 갔지만 소스 라운팅 헤터가 생김으로써 소스라우팅 헤더를 먼저 분석 한 후 헤더가 없을 시에 IPV4로 진행된다.
        packet.extract(hdr.ethernet);
        transition select(hdr.ethernet.etherType) {
        TYPE_SRCROUTING: parse_srcRouting;
        default: accept;
        }
        }
        
        
        state parse_srcRouting {
        packet.extract(hdr.srcRoutes.next);
        transition select(hdr.srcRoutes.last.bos) {
        1: parse_ipv4;
        default: parse_srcRouting;
        }
        }
        
        action srcRoute_nhop() {														//소스 라우팅에서 카운트를 통해 헤더 분석시에 필요한 갯수를 저장한다.//
        standard_metadata.egress_spec = (bit<9>)hdr.srcRoutes[0].port;
        hdr.srcRoutes.pop_front(1);
        }
        
        
        action srcRoute_finish() {
        hdr.ethernet.etherType = TYPE_IPV4;
        }
        
        apply {															//nhop에 따라서 ipv4가 유효할경우에 ipv4 액션으로 넘어가게 한다.//
        if (hdr.srcRoutes[0].isValid()){
        if (hdr.srcRoutes[0].bos == 1){
        srcRoute_finish();
        }
        srcRoute_nhop();
        if (hdr.ipv4.isValid()){
        update_ttl();
        }
        }else{
        drop();
        }
        }
        


2/21

  • Load Balancing 
    • 로드 밸런싱(Load Balancing)이란? - 수 많은 트래픽들을 처리하기 위해서 균등하게 모든 사용자에게 트래픽을 배분하여 제공해서 네트워크 과부하를 막는 기능.

    • 코드 블럭
      titleLoad Balancing
      //5 tuple에 hash알고리즘을 적용하고, 결과를 mata.ecmp_select에 저장하는 행동,
        ecmp_nhop 테이블은 이를 이용하여 전송 //
      action set_ecmp_select(bit<16> ecmp_base, bit<32> ecmp_count) {
      	hash(meta.ecmp_select,
      		HashAlgorithm.crc16,
      		ecmp_base,
      		{ hdr.ipv4.srcAddr,
      		  hdr.ipv4.dstAddr,
      		  hdr.ipv4.protocol,
      		  hdr.tcp.srcPort,
      	 	  hdr.tcp.dstPort },
      		ecmp_count);
      }
      
      // ipv4가 유효하고, ttl이 0에 도달하지 않았을 경우 전송을 실시한다. //
      apply {
      	if (hdr.ipv4.isValid() && hdr.ipv4.ttl > 0) {
      		ecmp_group.apply();
      		ecmp_nhop.apply();
      		}
      	}
      


  • QOS(Quality Of Service)
    • QOS란?

    • 코드 블럭
      titleQoS
      //트래픽 클래스에 따라 액션을 분류하여 전송할 수 있도록 여러 경우를 나누어 함수 선언//
      
      /* Default Forwarding */
      action default_forwarding() {
      hdr.ipv4.diffserv = 0;
      }
      
      
      /* Expedited Forwarding */
      action expedited_forwarding() {
      hdr.ipv4.diffserv = 46;
      }
      
      
      /* Voice Admit */
      action voice_admit() {
      hdr.ipv4.diffserv = 44;
      }
      
      
      /* Assured Forwarding */
      /* Class 1 Low drop probability */
      action af_11() {
      hdr.ipv4.diffserv = 10;
      }
      
      
      /* Class 1 Med drop probability */
      action af_12() {
      hdr.ipv4.diffserv = 12;
      }
      
      
      /* Class 1 High drop probability */
      action af_13() {
      hdr.ipv4.diffserv = 14;
      }
      
      
      /* Class 2 Low drop probability */
      action af_21() {
      hdr.ipv4.diffserv = 18;
      }
      
      
      /* Class 2 Med drop probability */
      action af_22() {
      hdr.ipv4.diffserv = 20;
      }
      
      
      /* Class 2 High drop probability */
      action af_23() {
      hdr.ipv4.diffserv = 22;
      }
      
      
      /* Class 3 Low drop probability */
      action af_31() {
      hdr.ipv4.diffserv = 26;
      }
      
      
      /* Class 3 Med drop probability */
      action af_32() {
      hdr.ipv4.diffserv = 28;
      }
      
      
      /* Class 3 High drop probability */
      action af_33() {
      hdr.ipv4.diffserv = 30;
      }
      
      
      /* Class 4 Low drop probability */
      action af_41() {
      hdr.ipv4.diffserv = 34;
      }
      
      
      /* Class 4 Med drop probability */
      action af_42() {
      hdr.ipv4.diffserv = 36;
      }
      
      
      /* Class 4 High drop probability */
      action af_43() {
      hdr.ipv4.diffserv = 38;
      }
      


2/22

Tutorial에서 제공하는 예제의 토폴로지는 스위치 4개, 호스트 4개로 구성되어 있다. 그 중에 h1-h2는 s1과 연결, h3-h4는 s2와 연결 되어있는데, 이 예제에서는 s1에 p4를 이용한 스위치를 두고, bloom 방식의 firewall을 이용하여 h1,h2는 외부에 패킷을 보내 통신을 할 수 있지만, h3-h4는 h1-h2에 먼저 패킷을 보내서 통신을 할 수는 없다. 이것이 방화벽이라는 걸 알려주는 예제이다.


    • 코드 블럭
      titleFireWall
      // bloom 필터를 이용하여 방화벽을 구현하기 위한 함수 //
      apply {
      if (hdr.ipv4.isValid()){
      ipv4_lpm.apply();
      if (hdr.tcp.isValid()){
      direction = 0; // default
      if (check_ports.apply().hit) {
      // test and set the bloom filter
      if (direction == 0) {
      compute_hashes(hdr.ipv4.srcAddr, hdr.ipv4.dstAddr, hdr.tcp.srcPort, hdr.tcp.dstPort);
      }
      else {
      compute_hashes(hdr.ipv4.dstAddr, hdr.ipv4.srcAddr, hdr.tcp.dstPort, hdr.tcp.srcPort);
      }
      // Packet comes from internal network
      if (direction == 0){												//호스트에서 나가는 패킷인 경우
      	// If there is a syn we update the bloom filter and add the entry
      	if (hdr.tcp.syn == 1){
      	bloom_filter_1.write(reg_pos_one, 1);
      	bloom_filter_2.write(reg_pos_two, 1);
      		}
      	}
      // Packet comes from outside
      else if (direction == 1){											//호스트에서 들어오는 패킷인 경우
      	// Read bloom filter cells to check if there are 1's
      	bloom_filter_1.read(reg_val_one, reg_pos_one);
      	bloom_filter_2.read(reg_val_two, reg_pos_two);
      	// only allow flow to pass if both entries are set
      	if (reg_val_one != 1 || reg_val_two != 1){
      	drop();
      		}
      	}
      }
      }
      }
      }
      


2/23

  • Link Monitoring
    • 패킷을 보낼시에 스위치별 포트별 전송 속도 및 정보를 알기 위한 기능. 네트워크 관리를 위한 기능.


      코드 블럭
      titleLink_Monitor
      
      // 최상위 프로브 헤더이며, 홉 카운트를 저장합니다.
      
      header probe_t {
      bit<8> hop_cnt;
      }
      
      
      // 각 홉에서 스위치에 의해 프로브에 추가된 데이터를 저장하는 헤더.
      
      header probe_data_t {
      bit<1> bos;
      bit<7> swid;
      bit<8> port;
      bit<32> byte_cnt;
      time_t last_time;
      time_t cur_time;
      }
      
      
      // 스위치가 송신하는 출력 포트를 저장하는 헤더.
      
      header probe_fwd_t {
      bit<8> egress_spec;
      }
      ---------------------------------------------------------------------------------------------------------
      // 패킷을 받고 스위치에서 패킷을 분석 할때 헤더에 따라서 행해야 하는 행동을 지시하는 Parser부분에 추가한 
      // 헤더들에 맞게 상태 함수를 추가하여준다.
      
      state parse_probe {
      packet.extract(hdr.probe);                                  // 최상위 프로브 헤더
      meta.parser_metadata.remaining = hdr.probe.hop_cnt + 1;
      transition select(hdr.probe.hop_cnt) {
      0: parse_probe_fwd;
      default: parse_probe_data;
      }
      }
      
      
      state parse_probe_data {                                 // 프로브 데이터 헤더
      packet.extract(hdr.probe_data.next);
      transition select(hdr.probe_data.last.bos) {
      1: parse_probe_fwd;
      default: parse_probe_data;
      }
      }
      
      
      state parse_probe_fwd {                                 // 출력 포트를 저장하는 헤더.
      packet.extract(hdr.probe_fwd.next);
      meta.parser_metadata.remaining = meta.parser_metadata.remaining - 1;
      // extract the forwarding data
      meta.egress_spec = hdr.probe_fwd.last.egress_spec;
      transition select(meta.parser_metadata.remaining) {
      0: accept;
      default: parse_probe_fwd;
      }
      }
      
      ---------------------------------------------------------------------------------------------------------
      
      
      apply {
      bit<32> byte_cnt;
      bit<32> new_byte_cnt;
      time_t last_time;
      time_t cur_time = standard_metadata.egress_global_timestamp;
      // 패킷 포트에 대한 bit의 cnt 증가
      byte_cnt_reg.read(byte_cnt, (bit<32>)standard_metadata.egress_port);
      byte_cnt = byte_cnt + standard_metadata.packet_length;
      // 바이트 카운트를 리셋
      new_byte_cnt = (hdr.probe.isValid()) ? 0 : byte_cnt;
      byte_cnt_reg.write((bit<32>)standard_metadata.egress_port, new_byte_cnt);
      
      
      if (hdr.probe.isValid()) {
      // 프로브 필드 입력
      hdr.probe_data.push_front(1);
      hdr.probe_data[0].setValid();
      if (hdr.probe.hop_cnt == 1) {
      hdr.probe_data[0].bos = 1;
      }
      else {
      hdr.probe_data[0].bos = 0;
      }
      // set switch ID field
      swid.apply();
      hdr.probe_data[0].port = (bit<8>)standard_metadata.egress_port;
      hdr.probe_data[0].byte_cnt = byte_cnt;
      // read / update the last_time_reg
      last_time_reg.read(last_time, (bit<32>)standard_metadata.egress_port);
      last_time_reg.write((bit<32>)standard_metadata.egress_port, cur_time);
      hdr.probe_data[0].last_time = last_time;
      hdr.probe_data[0].cur_time = cur_time;
      }
      }
      


2/24


Memo

P4를 이용하기 전  무조건 알아두면 좋은 점 및 소개