P4 路由器实验：控制平面¶
在本节中，实验者需要熟悉 P4 控制平面的基本概念和操作流程，包括 P4 程序的编译、数据平面程序的加载、以及如何通过控制平面下发表项来控制数据平面行为。
在本节中，实验者需要完成 p4-tutorial 中 P4Runtime and the Control Plane 下的两个作业：
- P4Runtime
- Flowcache
通过这些作业，实验者将熟悉 P4 控制平面的基本操作流程，包括读取 P4Info 文件、理解表、动作和字段的对应关系，以及使用 P4Runtime 进行表项插入、修改、删除等操作。完成这些练习后，实验者可以掌握控制平面操作与数据平面行为的对应关系，为后续上手 Tofino 硬件平台做准备。
P4 程序编译¶
P4程序首先由 P4 编译器进行编译。编译器的职责是把用户编写的 P4 源代码翻译成两类输出（以 advanced_tunnel.p4 为例）：
| 输出文件 | 作用 |
|---|---|
target-specific data plane binary / JSON（target_demo.bin） |
针对具体硬件/软件目标（如 BMv2、Tofino）生成的数据平面转发表、动作执行代码等，实现数据包的实际处理逻辑。加载到交换机的数据平面运行。 |
P4Info 文件（prog.p4info） |
与目标无关（target-independent）的控制平面接口描述。包含所有表、动作、字段、计数器、寄存器等的 ID、名称、参数信息。供控制平面程序（gRPC 客户端、bfrt_python、ONOS 等）调用时使用。 |
P4 程序加载¶
在运行时，需要将数据平面程序加载到交换机：
| 目标 | 加载方式 |
|---|---|
| BMv2 | 运行 simple_switch 时通过 -j xxx.json 参数加载 JSON。 |
| Tofino ASIC | 使用 Barefoot/Intel SDE 中的 bf_switchd 启动交换机并加载编译好的二进制 pipeline 配置文件（*.bin）。 |
数据平面驱动与 P4Runtime¶
不同目标的 SDK 驱动负责把编译好的 pipeline 加载到硬件或软件交换机，并在其之上暴露控制平面接口。
在 BMv2 上，运行 simple_switch_grpc 时，BMv2 自带了一个 P4Runtime Server，它直接监听 gRPC 端口。控制平面程序（Python、C++ 客户端）通过 P4Runtime API 与之交互，下发表项、读状态。
在 Tofino ASIC 上，Barefoot/Intel 的 SDE 提供了 BF Runtime (bfrt) 和可选的 P4Runtime Server。控制平面可以：
- 用
bfrt Python/ C++ SDK 直接调用厂商接口 - 用 P4Runtime 客户端通过 gRPC 调用标准化 API。
P4Runtime 是一个厂商无关、gRPC/Protobuf 定义的标准接口，用来：
- 让控制平面程序根据 P4Info 文件理解 pipeline 结构；
- 在不同目标之间统一“插入/修改表项、读写计数器、
packet_in/packet_out”等操作。
P4 控制平面调用 API¶
控制平面程序通常基于 SDK 或 P4Runtime 客户端库工作。
P4Info 文件¶
P4 编译器在生成目标特定的数据平面程序（BMv2 JSON / Tofino 二进制）时，同时会生成一个 P4Info 文件。
这个文件是 与目标无关的控制平面接口描述，包含：
- 所有表（tables）、动作（actions）、匹配字段（match fields）的名称与 ID
- 动作参数、计数器、寄存器、元数据等定义
- 控制平面与数据平面交互时需要的全部符号信息
控制平面程序通过读取 P4Info 文件，才能知道“有哪些表、字段、动作可以操作”。
控制平面下发表项¶
控制平面通常基于 SDK 或 P4Runtime 客户端库下发表项，基本流程如下：
-
加载 P4Info
读取p4info文件，解析表、动作和字段 ID。 -
建立与交换机的会话
通过 gRPC / runtime 接口连接 BMv2 或硬件交换机。 -
下发表项/执行操作
- 插入、修改、删除表项
- 配置动作参数、计数器、寄存器
- 下发多播组、动作组
- 接收或发送数据包上报（
packet_in/packet_out）
通过这种方式，控制平面就能在运行时动态地操控数据平面的转发行为。