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PDCA

	전공교육	개발실습	부서업무지원
P	과학데이터교육 일 3.2시간 이상 수강	p4 실습	우수성과취합 마무리
D	텍스트 데이터분석 수강	basic forwarding 실습
C
A

일일회고

23/02/13

Fact : P4 실습환경을 구축하고 기본적인 forwarding 을 실습해보았다, 우수성과취합을 진행했다.
Feelings : 새로운 언어를 배우는 것은 언제나 어렵지만 c언어와 비슷한 면이 있어서 다행이다.
Finding : 네트워크를 효율적으로 관리하는 프로그래밍 언어가 있다는 것을 처음 알았다.
Future Action Plan : 우수성과 취합, P4 튜토리얼을 보면서 다음 내용 실습
Feedbacks :

23/02/14

Fact : P4 basic forwarding의 관련 문서들을 보고 작동 방식을 이해했다. 우수성과취합을 완료했다.
Feelings : 패킷을 직접 건들여보니 이해가 더욱 잘되는 느낌이었다.
Finding : basic forwarding의 작동 방식을 이해했다.
Future Action Plan : 우수성과 취합 검토, P4 튜토리얼을 보면서 다음 내용 실습
Feedbacks :

23/02/15

Fact : -
Feelings : -
Finding : -
Future Action Plan : -
Feedbacks :

Memo

23/02/13

참고사항
- P4 튜토리얼 https://github.com/p4lang/tutorials
- P4 실습환경 구축
- P4 basic forwarding 튜토리얼 실습 https://github.com/p4lang/tutorials/tree/master/exercises/basic
- P4 언어 공식 문서 https://p4.org/specs/
동영상 참고

출처	왜	내용	배운 점 및 기억해야할 점	비고
과학데이터교육 텍스트데이터분석	충북대 현장실습 직무교육	텍스트 마이밍 기법, 텍스트 문장의 형태소 분석, 필요 단어 추출 텍스트 처리 방법		3차시까지 수강

23/02/14

참고사항
- 패킷의 이해 https://blog.naver.com/sujunghan726/220315439853 → Ethernet 패킷과 IPv4패킷의 이해
- bmv2 소프트웨어 스위치에 구현된 V1Model 아키텍처 https://github.com/p4lang/p4c/blob/main/p4include/v1model.p4 → 독립형 또는 Mininet에서 P4 소프트웨어 스위치를 실행하기 위한 시뮬레이션 환경인 mv2에 구현된 소프트웨어 스위치
동영상 참고

출처	왜	내용	배운 점 및 기억해야할 점	비고
과학데이터교육 텍스트데이터분석	충북대 현장실습 직무교육	문장 의미 분석, 단어 빈도 및 연관성 수치 계산, 텍스트 데이터 분석 프로세스 기획, 텍스트 데이터 분석 기법		7차시까지 수강

23/02/15

참고사항
- -
동영상 참고

출처	왜	내용	배운 점 및 기억해야할 점	비고
과학데이터교육 텍스트데이터분석	충북대 현장실습 직무교육

배운 것 및 기억해야할 것

P4 튜토리얼 basic forwarding 예제

/* -*- P4_16 -*- */
#include <core.p4>
#include <v1model.p4>

const bit<16> TYPE_IPV4 = 0x800;

/*************************************************************************
*********************** H E A D E R S  ***********************************
*************************************************************************/

typedef bit<9>  egressSpec_t;
typedef bit<48> macAddr_t;
typedef bit<32> ip4Addr_t;

//ethernet의 기본 헤더 
header ethernet_t {
    macAddr_t dstAddr;
    macAddr_t srcAddr;
    bit<16>   etherType;
}
//IPv4의 기본 헤더
header ipv4_t {
    bit<4>    version;
    bit<4>    ihl;
    bit<8>    diffserv;
    bit<16>   totalLen;
    bit<16>   identification;
    bit<3>    flags;
    bit<13>   fragOffset;
    bit<8>    ttl;
    bit<8>    protocol;
    bit<16>   hdrChecksum;
    ip4Addr_t srcAddr;
    ip4Addr_t dstAddr;
}

struct metadata {
    /* empty */
}

struct headers {
    ethernet_t   ethernet;
    ipv4_t       ipv4;
}

/*************************************************************************
*********************** P A R S E R  ***********************************
*************************************************************************/
//패킷에서 헤더를 분리
//packet_in packet은 스위치에 들어오는 패킷
//out headers hdr은 패킷에서 분리된 헤더들이 각각 저장될 변수같은것
//start 상태로 시작해서 모든 헤더 분리가 정상적으로 끝난다면 accept 상태로 이동해서 정상종료, 아니라면 ignore 상태로 이동
parser MyParser(packet_in packet,
                out headers hdr,
                inout metadata meta,
                inout standard_metadata_t standard_metadata) {

	//패킷을 처음으로 전달받아서 시작된 상태
    state start {
		//parse_ethernet으로 상태 이동
        transition parse_ethernet;
    }
    state parse_ethernet {
		//패킷에서 ethernet헤더에 맞게 분리/추출
        packet.extract(hdr.ethernet);
		//패킷에서 분리된 ethernet 헤더에서 etherType 값이 위에서 정의된 TYPE_IPV4 0x800라면 parse_ipv4 상태로 이동, 0x800이 아닌 상태(default)라면 accept상태로 이동 -> 즉 c언어의 switch 같은 문법
        transition select(hdr.ethernet.etherType) {
            TYPE_IPV4: parse_ipv4;
            default: accept;
        }
    }
	
    state parse_ipv4 {
		//패킷에서 추가적으로 ipv4 헤더 분리/추출
        packet.extract(hdr.ipv4);
		//패킷에서 추출 후에 accept 상태로 이동
        transition accept;
    }

}

/*************************************************************************
************   C H E C K S U M    V E R I F I C A T I O N   *************
*************************************************************************/

//체크섬 검증은 생략
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   *******************
*************************************************************************/

//table을 참조하면서 패킷이 다음으로 이동할 경로 설정
control MyIngress(inout headers hdr,
                  inout metadata meta,
                  inout standard_metadata_t standard_metadata) {
	//table에 match되는 ipv4의 dstAddr이 없다면 패킷을 삭제한다.
    action drop() {
        mark_to_drop(standard_metadata);
    }
	//table에 match되는 ipv4의 dstAddr이 있다면 실행되는 action으로 알맞은 dstAddr와 port를 인수로 전달받는다.
    action ipv4_forward(macAddr_t dstAddr, egressSpec_t port) {
		//해당 스위치/호스트에서 송신할때 쓰는 포트를 설정
        standard_metadata.egress_spec = port;
		//이더넷의 헤더안의 srtAddr과 dstAddr을 알맞게 설정한다.
        hdr.ethernet.srcAddr = hdr.ethernet.dstAddr;
        hdr.ethernet.dstAddr = dstAddr;
		//패킷이 이동할 때마다 ipv4의 ttl을 1씩 줄어들게한다.
        hdr.ipv4.ttl = hdr.ipv4.ttl - 1;
    }
	//테이블을 정의한다.
    table ipv4_lpm {
		//테이블의 key와 match되는 방식을 설정한다.
        key = {
            hdr.ipv4.dstAddr: lpm;
        }
		//테이블의 모든 액션을 정의한다.
        actions = {
            ipv4_forward;
            drop;
            NoAction;
        }
        size = 1024;
		//기본 액션을 정의한다.
        default_action = drop();
    }
	//컨트롤 실행
    apply {
		//ipv4가 유효하다면 테이블 매칭을 실행한다.
        if (hdr.ipv4.isValid()) {
            ipv4_lpm.apply();
        }
    }
}

/*************************************************************************
****************  E G R E S S   P R O C E S S I N G   *******************
*************************************************************************/

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   **************
*************************************************************************/

//ipv4 헤더의 내용이 변경되었으므로 체크섬 값도 그에 맞게 변경
control MyComputeChecksum(inout headers  hdr, inout metadata meta) {
     apply {
        update_checksum(
        hdr.ipv4.isValid(),
            { hdr.ipv4.version,
              hdr.ipv4.ihl,
              hdr.ipv4.diffserv,
              hdr.ipv4.totalLen,
              hdr.ipv4.identification,
              hdr.ipv4.flags,
              hdr.ipv4.fragOffset,
              hdr.ipv4.ttl,
              hdr.ipv4.protocol,
              hdr.ipv4.srcAddr,
              hdr.ipv4.dstAddr },
            hdr.ipv4.hdrChecksum,
            HashAlgorithm.csum16);
    }
}

/*************************************************************************
***********************  D E P A R S E R  *******************************
*************************************************************************/
//새롭게 변경된 헤더들을 패킷으로 다시 묶음
control MyDeparser(packet_out packet, in headers hdr) {
    apply {
        packet.emit(hdr.ethernet);
        packet.emit(hdr.ipv4);
    }
}

/*************************************************************************
***********************  S W I T C H  *******************************
*************************************************************************/
//v1model의 기본적인 switch 아키텍처
V1Switch(
MyParser(),
MyVerifyChecksum(),
MyIngress(),
MyEgress(),
MyComputeChecksum(),
MyDeparser()
) main;

basic forwading의 pod-topo 내의 sX-runtime.json 파일의 설정에 따른 패킷의 이동경로

https://github.com/p4lang/tutorials/tree/master/exercises/basic/pod-topo 의 sX-runtime.json은 스위치의 테이블 역할을 설정한다.

스위치의 테이블 내에 매치되는 목적지(ipAddr)의 다음 경로를 저장하고 있는다. 튜토리얼에 설정된 테이블에 따라 h1 호스트에서 h4로의 경로는 아래와 같다.

KREONET WIKI > 2023 Q1 W03 주간업무 (서종원) > pod-topo.png

P4 튜토리얼 basic-tunnel 예제

/* -*- P4_16 -*- */
#include <core.p4>
#include <v1model.p4>

//새로운 사용자 설정 이더넷 타입 추가
const bit<16> TYPE_MYTUNNEL = 0x1212;
const bit<16> TYPE_IPV4 = 0x800;

/*************************************************************************
*********************** H E A D E R S  ***********************************
*************************************************************************/

typedef bit<9>  egressSpec_t;
typedef bit<48> macAddr_t;
typedef bit<32> ip4Addr_t;

header ethernet_t {
    macAddr_t dstAddr;
    macAddr_t srcAddr;
    bit<16>   etherType;
}
//터널링에 사용되는 헤더
header myTunnel_t {
    bit<16> proto_id;
    bit<16> dst_id;
}

header ipv4_t {
    bit<4>    version;
    bit<4>    ihl;
    bit<8>    diffserv;
    bit<16>   totalLen;
    bit<16>   identification;
    bit<3>    flags;
    bit<13>   fragOffset;
    bit<8>    ttl;
    bit<8>    protocol;
    bit<16>   hdrChecksum;
    ip4Addr_t srcAddr;
    ip4Addr_t dstAddr;
}

struct metadata {
    /* empty */
}
//패킷의 헤더 구조체에 터널링 헤더 추가
struct headers {
    ethernet_t   ethernet;
    myTunnel_t   myTunnel;
    ipv4_t       ipv4;
}

/*************************************************************************
*********************** P A R S E R  ***********************************
*************************************************************************/

parser MyParser(packet_in packet,
                out headers hdr,
                inout metadata meta,
                inout standard_metadata_t standard_metadata) {

    state start {
        transition parse_ethernet;
    }

    state parse_ethernet {
        packet.extract(hdr.ethernet);
        transition select(hdr.ethernet.etherType) {
			//이더넷타입이 새로 만든 타입이라면 parse_myTunnel로 헤더 분리
            TYPE_MYTUNNEL: parse_myTunnel;
            TYPE_IPV4: parse_ipv4;
            default: accept;
        }
    }

    state parse_myTunnel {
		//터널링 헤더 분리
        packet.extract(hdr.myTunnel);
		//이후에 터널링 헤더 안의 proto_id가 ipv4라면 ipv4 헤더도 분리
        transition select(hdr.myTunnel.proto_id) {
            TYPE_IPV4: parse_ipv4;
            default: accept;
        }
    }
    state parse_ipv4 {
        packet.extract(hdr.ipv4);
        transition accept;
    }

}

/*************************************************************************
************   C H E C K S U M    V E R I F I C A T I O N   *************
*************************************************************************/

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   *******************
*************************************************************************/

control MyIngress(inout headers hdr,
                  inout metadata meta,
                  inout standard_metadata_t standard_metadata) {
    action drop() {
        mark_to_drop(standard_metadata);
    }

    action ipv4_forward(macAddr_t dstAddr, egressSpec_t port) {
        standard_metadata.egress_spec = port;
        hdr.ethernet.srcAddr = hdr.ethernet.dstAddr;
        hdr.ethernet.dstAddr = dstAddr;
        hdr.ipv4.ttl = hdr.ipv4.ttl - 1;
    }

    table ipv4_lpm {
        key = {
            hdr.ipv4.dstAddr: lpm;
        }
        actions = {
            ipv4_forward;
            drop;
            NoAction;
        }
        size = 1024;
        default_action = drop();
    }

	//터널링에 사용되는 action, 다음 터널이 존재하는 포트를 인수로 받는다
    action myTunnel_forward(egressSpec_t port) {
		//나가는 포트를 설정
        standard_metadata.egress_spec = port;
    }
	//새로운 테이블 설정
    table myTunnel_exact {
        key = {
			//터널링 헤더의 dst_id를 key로 설정하고 구별 방법을 exact로 설정
            hdr.myTunnel.dst_id: exact;
        }
        actions = {
			//알맞는 action 설정
            myTunnel_forward;
            drop;
        }
        size = 1024;
        default_action = drop();
    }

    apply {
		//ipv4헤더가 유효하고 터널링 헤더가 유효하지 않다면 ipv4테이블로 포워딩을 진행한다.
        if (hdr.ipv4.isValid() && !hdr.myTunnel.isValid()) {
            // Process only non-tunneled IPv4 packets
            ipv4_lpm.apply();
        }
		//터널링헤더가 유효하다면 터널링 테이블로 포워딩
        if (hdr.myTunnel.isValid()) {
            // process tunneled packets
            myTunnel_exact.apply();
        }
    }
}

/*************************************************************************
****************  E G R E S S   P R O C E S S I N G   *******************
*************************************************************************/

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   **************
*************************************************************************/

control MyComputeChecksum(inout headers  hdr, inout metadata meta) {
     apply {
        update_checksum(
            hdr.ipv4.isValid(),
            { hdr.ipv4.version,
              hdr.ipv4.ihl,
              hdr.ipv4.diffserv,
              hdr.ipv4.totalLen,
              hdr.ipv4.identification,
              hdr.ipv4.flags,
              hdr.ipv4.fragOffset,
              hdr.ipv4.ttl,
              hdr.ipv4.protocol,
              hdr.ipv4.srcAddr,
              hdr.ipv4.dstAddr },
            hdr.ipv4.hdrChecksum,
            HashAlgorithm.csum16);
    }
}

/*************************************************************************
***********************  D E P A R S E R  *******************************
*************************************************************************/

control MyDeparser(packet_out packet, in headers hdr) {
    apply {
        packet.emit(hdr.ethernet);
		//터널링 헤드도 같이 디파서 한다.
        packet.emit(hdr.myTunnel);
        packet.emit(hdr.ipv4);
    }
}

/*************************************************************************
***********************  S W I T C H  *******************************
*************************************************************************/

V1Switch(
MyParser(),
MyVerifyChecksum(),
MyIngress(),
MyEgress(),
MyComputeChecksum(),
MyDeparser()
) main;

P4 튜토리얼 basic-tunnel 의 이해

basic forwarding에서 이더넷헤더와 ipv4 헤더를 묶어서 보냈다면 basic tunnel에서는 이더넷헤더의 다음 부분 즉, ipv4를 터널링 헤더로 캡슐화 시켜서 ipv4의 목적지 ipAddr에 관계없이 연결된 통로(터널)로 이동하게 하는 구조이다.

KREONET WIKI > 2023 Q1 W03 주간업무 (서종원) > topo.png

예를 들어 위와 같은 토폴로지에서 h1 → h2 로 ping 을 보내낸다면 ipv4포워딩 테이블에 의해서 h1->s1->s2→h2로 이동한다

하지만 h1→h2로 ping을 s1의 2포트의 터널을 이용해서 보낸다면 ipv4의 헤더값에 관계없이 터널 헤더에 의해 h1->s1->s2→h2로 이동한다. 이말은 h1→h3으로 s1의 2포트의 터널을 이용해서 보낸다고 하더라도 ipv4헤더의 목적지인 h3(10.0.3.3)에 관계없이 h2에 도착하게 된다는 말이다.