# P4 [P4](http://p4.org/)是一个协议无关的数据包处理编程语言，提供了比OpenFlow更出色的编程能力。它不仅可以指导数据流进行转发，还可以对交换机等转发设备的数据处理流程进行编程。主要特点包括 * 灵活定义数据转发流程，支持重新配置匹配域，并支持无中断的重配置 * 协议无关，只需要关注如何处理转发包，而不需要关注底层协议细节 * 设备无关，无需关注底层设备的具体信息 ![](/files/-LDZS5-eVQFtqs9GgLjQ) ## 转发模型 如下图所示，数据包经过解析后，会被传递到一个“匹配-动作”表，并支持串行和并行操作。类似于OpenFlow流水线，这些表决定了数据包将被送往哪里，如丢弃或送到某个出端口。P4的流水线分为入口流水线和出口流水线： * 入口流水线中，数据包可能会被转发、复制、丢弃或触发流量控制 * 而出口流水线可以对数据包作进一步的修改，并送到相应的出端口 ![](/files/-LDZS5-hgXRBodI1MGmy) P4交换机将流水线处理数据的过程进行抽象和重定义，数据处理单元对数据的处理抽象成匹配和执行匹配-动作表的过程，包头的解析抽象成P4中的解析器，数据处理流程抽象成流控制。P4基础数据处理单元是不记录数据的，所以就需要引入一个元数据总线，用来存储一条流水线处理过程中需要记录的数据。P4交换机的专用物理芯片Tofino，最高支持12个数据处理单元，可以覆盖传统交换机的所有功能。 ## P4语言 每个P4程序包含如下的5个关键组件： * Headers：定义报文头部格式，支持重定义的头部名称和任意长度字段 * Parses：定义数据包解析流程的有限状态机 * Tables：“匹配-动作”表，定义匹配域以及对应的执行动作 * Actions：动作指令集，包括构造查找键（Construct lookup keys）、根据查找键查表、执行动作等 * Control Flow：控制程序，决定了数据包处理的流程，比如如何在不同表之间跳转等 具体的编写方法可以参考[P4 Language Specification](https://p4lang.github.io/p4-spec/docs/P4-16-v1.0.0-spec.html)。 ## P4工作流程 P4的完整工作流程为： * 首先用户需要自定义数据帧的解析器和流控制程序 * 然后，P4程序经过编译器编译后输出JSON格式的交换机配置文件和运行时的API * 再次配置的文件载入到交换器中后更新解析起和匹配－动作表 * 最后交换机操作系统按照流控制程序进行包的查表操作 ![](/files/-LDZS5-k2wo3ReljjUl6) 以新增VLAN包解析为例，图中解析器除VXLAN以外的包解析是交换机中已有的，载入VXLAN.p4文件所得的配置文件的过程就是交换机的重配置过程。配置文件载入交换机后，解析器中会新增对VXLAN包解析，同时更新匹配-动作表，匹配成功后执行的动作也是在用户自定的程序中指定。执行动作需要交换机系统调用执行动作对应的指令来完成，这时交换机系统调用的是经过P4编译器生成的统一的运行时API，这个API就是交换机系统调用芯片功能的驱动，流控制程序就是指定API对应的交换机指令。 ## 参考文档 * [P4](http://p4.org/) * [P4:开创数据平面可编程时代](http://www.sdnlab.com/17795.html) --- # Agent Instructions: Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://sdn.feisky.xyz/sdn-and-nfv/index/south/p4.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.