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PDCA


전공교육개발실습부서교육부서업무지원기타
P과학데이터교육 일 3.2시간 이상 수강p4 tutorial실습


D
ECN 실습, QoS 실습, Firewall 실습


C




A




일일회고

23/02/20

  • Fact : ECN, QoS, Firewall을 실습해보고 코드를 이해했다. 
  • Feelings : 글로만 배웠던 것들을 코딩을 통해 구현해 보니 신기했다.
  • Finding : QoS가 무엇인지 처음 알게 되었고 Firewall에 블룸 필터의 개념을 확실히 알게 되었다.
  • Future Action Plan : Link Monitoring 실습, P4 튜토리얼 내용 총 정리
  • Feedbacks : 

Memo

23/02/20

출처

왜

내용

배운 점 및 기억해야할 점

비고

과학데이터교육 인공지능충북대 현장실습 직무교육
다양한 에이전트 아키텍처, 상태공간과 탐색문제1,2, 다양한 탐색 문제와 탐색 전략

배운 것 및 기억해야할 것

P4 튜토리얼 Explicit Congestion Notification(ECN)의 이해

사전조건

s1과 s2의 링크의 대역폭은 512kbps로 제한되어 있다. 이상태에서 s1과 s2의 통로를 h11↔h22가 UDP 통신을 하고 h1↔h2가 패킷을 주고 받는 조건이다.

대역폭이 512kbps인 링크를 UDP통신으로 많이 소모하고 있기 때문에 h1↔2h의 패킷교환은 느리게 이루어질 수 밖에 없는데 이때의 h1가 h2에게 보낸 패킷의 헤더의 ECN 값이 동적으로 바뀌는 내용이다.

코드리뷰

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

const bit<8>  TCP_PROTOCOL = 0x06;
const bit<16> TYPE_IPV4 = 0x800;
const bit<19> ECN_THRESHOLD = 10;

/*************************************************************************
*********************** 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;
}

header ipv4_t {
    bit<4>    version;
    bit<4>    ihl;

	//네트워크의 혼잡도를 나타내는 헤더의 영역이다.
    bit<6>    diffserv;
    bit<2>    ecn;

    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 {
}

struct headers {
    ethernet_t   ethernet;
    ipv4_t       ipv4;
}

... 동일


/*************************************************************************
****************  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) {
    action mark_ecn() {
        hdr.ipv4.ecn = 3;
    }
    apply {
		//패킷의 ecn이 1이나 2일 때 즉, 이 패킷이 ecn필드를 사용할때
        if (hdr.ipv4.ecn == 1 || hdr.ipv4.ecn == 2){
			//패킷이 나갈때 스위치의 대기열의 깊이가 ecn가중치보다 깊다면 즉, 패킷이 정체되고 있다면
            if (standard_metadata.enq_qdepth >= ECN_THRESHOLD){
				//헤더의 ecn필드의 값을 3으로 바꿔서 네트워크가 혼잡하다는 것을 나타낸다.
                mark_ecn();
            }
        }
    }
}

... 동일

실행결과

h2의 tos(diffserv+ecn)필드의 값이다. 중간에 h11→h22로의 UDP통신이 시작된 시점부터 0x3이 된 것을 볼 수 있는데 이때부터 네트워크가 혼잡하다는 것을 알 수 있고 UDP 통신이 끝난 후에 0x1로 바껴서 혼잡이 풀렸다는 것을 알 수 있다.

P4 튜토리얼 Quality of Service(QoS)의 이해

사전조건

h1과 h2 호스트에서 TCP패킷과 UDP패킷을 보낸다. 이때 헤더의 tos필드에는 TCP와 UDP의 각기 다른 우선순위에 따른 값이 부여된다.

코드리뷰

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

const bit<16> TYPE_IPV4 = 0x800;

/* IP protocols */ ipv4 헤더의 poroto 필드에 들어가는 다음 계층 프로토콜의 값
const bit<8> IP_PROTOCOLS_ICMP       =   1;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_IGMP       =   2;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_IPV4       =   4;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_TCP        =   6;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_UDP        =  17;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_IPV6       =  41;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_GRE        =  47;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_IPSEC_ESP  =  50;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_IPSEC_AH   =  51;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_ICMPV6     =  58;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_EIGRP      =  88;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_OSPF       =  89;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_PIM        = 103;
const bit<8> IP_PROTOCOLS_VRRP       = 112;


/*************************************************************************
*********************** 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;
}

header ipv4_t {
    bit<4>    version;
    bit<4>    ihl;
    bit<6>    diffserv;
    bit<2>    ecn;
    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 {
}

struct headers {
    ethernet_t   ethernet;
    ipv4_t       ipv4;
}

...동일

/*************************************************************************
**************  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;
    }

    /* 기본적인 우선순위 */
    action default_forwarding() {
        hdr.ipv4.diffserv = 0;
    }

    /* Expedited Forwarding */ //UDP 우선순위
    action expedited_forwarding() {
        hdr.ipv4.diffserv = 46;
    }

    /* Voice Admit */ //TCP 우선순위
    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;
    }

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

    apply {
        if (hdr.ipv4.isValid()) {//이 튜토리얼에서는 UDP와 TCP 패킷만 보내기 때문에 둘로만 나누어서 패킷의 우선순위를 정한다.
            if (hdr.ipv4.protocol == IP_PROTOCOLS_UDP) {
                expedited_forwarding();
            }
            else if (hdr.ipv4.protocol == IP_PROTOCOLS_TCP) {
                voice_admit();
            }
            ipv4_lpm.apply();
        }
    }
}

...동일

실행결과

     tos       = 0xb9
     tos       = 0xb9
     tos       = 0xb9
     tos       = 0xb9
     tos       = 0xb9
     tos       = 0xb9
     tos       = 0xb9
     tos       = 0xb9
     tos       = 0xb1
     tos       = 0xb1
     tos       = 0xb1
     tos       = 0xb1
     tos       = 0xb1
     tos       = 0xb1
     tos       = 0xb1
     tos       = 0xb1

위와 같이 h1에서 h2로 패킷을 보낼때 UDP로 보내면 tos의 값이 0xb9로 되는 것을 알 수 있고 TCP로 보내면 0xb1이 되는 것을 알 수 있다. 이 튜토리얼에서는 패킷의 헤더에 우선순위를 부여하는 것만 해보았는데 실제로는 각 우선순위에 맞는 대기열들을 따로 만들고 우선순위에 따른 작업을 진행함으로써 서비스 품질을 보장하게 된다.

P4 튜토리얼 firewall의 이해

사전조건

s1에는 firewall가 설치되어 있다. h1↔h2는 패킷이동이 자유롭고 h1과 h2에서 h3과 h4로의 패킷이동도 자유롭지만 h3이나 h4에서 h1과 h2로의 패킷이동은 자유롭지 못하도록 하는 방화벽구현이 목표이다.

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

/* CONSTANTS */

const bit<16> TYPE_IPV4 = 0x800;
const bit<8>  TYPE_TCP  = 6;

//블룸 필터를 사용해서 방화벽을 구현한다.
#define BLOOM_FILTER_ENTRIES 4096
#define BLOOM_FILTER_BIT_WIDTH 1

/*************************************************************************
*********************** 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;
}

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;
}

header tcp_t{
    bit<16> srcPort;
    bit<16> dstPort;
    bit<32> seqNo;
    bit<32> ackNo;
    bit<4>  dataOffset;
    bit<4>  res;
    bit<1>  cwr;
    bit<1>  ece;
    bit<1>  urg;
    bit<1>  ack;
    bit<1>  psh;
    bit<1>  rst;
    bit<1>  syn;
    bit<1>  fin;
    bit<16> window;
    bit<16> checksum;
    bit<16> urgentPtr;
}

struct metadata {
    /* empty */
}

struct headers {
    ethernet_t   ethernet;
    ipv4_t       ipv4;
    tcp_t        tcp;
}

...기본적인 헤더 파서와 동일

/*************************************************************************
**************  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) {

    register<bit<BLOOM_FILTER_BIT_WIDTH>>(BLOOM_FILTER_ENTRIES) bloom_filter_1;
    register<bit<BLOOM_FILTER_BIT_WIDTH>>(BLOOM_FILTER_ENTRIES) bloom_filter_2;
    bit<32> reg_pos_one; bit<32> reg_pos_two;
    bit<1> reg_val_one; bit<1> reg_val_two;
    bit<1> direction;

    action drop() {
        mark_to_drop(standard_metadata);
    }

    action compute_hashes(ip4Addr_t ipAddr1, ip4Addr_t ipAddr2, bit<16> port1, bit<16> port2){
       //Get register position 헤더의 정보를 이용해서 레지스터를 할당받는다.
       hash(reg_pos_one, HashAlgorithm.crc16, (bit<32>)0, {ipAddr1,
                                                           ipAddr2,
                                                           port1,
                                                           port2,
                                                           hdr.ipv4.protocol},
                                                           (bit<32>)BLOOM_FILTER_ENTRIES);

       hash(reg_pos_two, HashAlgorithm.crc32, (bit<32>)0, {ipAddr1,
                                                           ipAddr2,
                                                           port1,
                                                           port2,
                                                           hdr.ipv4.protocol},
                                                           (bit<32>)BLOOM_FILTER_ENTRIES);
    }

    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();
    }

    action set_direction(bit<1> dir) {
        direction = dir;
    }

    table check_ports {
        key = {
            standard_metadata.ingress_port: exact;
            standard_metadata.egress_spec: exact;
        }
        actions = {
            set_direction;
            NoAction;
        }
        size = 1024;
        default_action = NoAction();
    }

    apply {
        if (hdr.ipv4.isValid()){
            ipv4_lpm.apply();
            if (hdr.tcp.isValid()){
                direction = 0; // default
				//포워딩 테이블에서 목적지와 출발지가 같은 내용을 발견했다면
                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){
                        // 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){
                        // 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();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

/*************************************************************************
****************  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);
        packet.emit(hdr.ipv4);
        packet.emit(hdr.tcp);
    }
}

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

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

실행 결과

h1과 h2는 통신이 되며 h1에서 h3로는 통신이 되지만 h3에서 h1로는 통신이 되지 않는다.

  • 레이블 없음