P4Spec笔记

Overview

P4（Programming Protocol-independent Packet Processors）是可编程交换机（其实也支持很多不同设备，如NIC、FPGA、路由等）数据平面定义自定义如何处理packet的一种语言。即只实现data plane的功能以及部分与control plane的通信接口。

下图给出传统固定功能交换机与P4可编程交换机的区别。

传统交换机中，数据平面的功能由芯片厂商决定，因此控制平面可以修改的数据平面中的表项也是固定的。

而可编程交换机中，最大的区别在于：

1. 数据平面的功能不再是固定的，而是通过用户编写的P4程序决定。因此也不会再有内置的可支持网络协议。
2. 控制平面与数据平面的通信channel与之前相同，但修改的table和有状态的object由p4程序决定。编译器会生成控制平面与数据平面通信的API。

关键部分：header定义、parser解析序列定义、MATable（构建lookup key，用key查找action，执行对应action）、control flow、external object（如checksum、hash等hard-wired）、用户定义metadata、intrinsic metadata（architecture提供，如报文进入的端口号）。

上图为p4的正常工作流程。可以看到，编译完p4程序生成的一个是dataplane runtime（对应代码的configuration），一个是控制平面管理数据平面的API。

因为p4不支持loop（只有parser可以包含，但实际上编译器还是会展开，并且循环的层数也有限制），因此p4程序的计算复杂度是线性的，某种程度上保证了能够快速处理packet。

16相比14的区别在于将很多feature都放到library中（如counter、checksum以及meter）。

Architecture Model

architecture可以看做是程序和target之间的contract。厂商需要提供一个p4编译器和对应architecture的定义。

上图是两个可编程组件的interface示例，其中control register/signal实际就是architecture定义的intrinsic metadata。同时还可以使用自定义metadata来操作。

还可以调用architecture提供的内置extern object & function，这种extern重点要看的是提供的接口。

Data Plane interface

control MatchActionPipe<H>(in bit<4> inputPort,
                           inout H parsedHeaders,
                           out bit<4> outputPort);

定义了一个可编程block MatchActionPipe。其中第一个参数是一个4比特的inputPort（输入，无法修改），第二个参数是一个类型为H的object（既是输入也是输出），第三个参数是一个4比特的outputPort（初始值一开始未定义，可以修改）

extern Checksum16 {
    Checksum16(); // constructor
    void clear(); // prepare unit for computation
    void update<T>(in T data); // add data to checksum
    void remove<T>(in T data); // remove data from existing checksum
    bit<16> get(); // get the checksum for the data added since last clear
}