架构对比

OvS 架构

openvswitch.ko ：在内核态负责 “快速路径” 的数据转发。转发靠流表来完成，每一个流表都包含很多的匹配项（match fields）和相应的动作（actions）。

match fields：定义了能够标识一个数据包的头部字段。
actions：定义了能够对这个数据包操作的动作，比如：添加或去除 VLAN 标签、修改数据包的某个头部字段，以及控制数据包从端口的进出等等。

ovs-vswitchd：在用户态负责 “慢速路径” 的数据转发。

ofproto：OpenFlow 交换机实现。
netdev：和网络设备（包括物理的和虚拟的）交互的抽象接口层。
dpif：用户空间数据转发路径的实现。

OvS-DPDK 架构

上图中的深色模块就是引入 DPDK 的相关模块。

ofproto-dpif：实现了 ofproto 模块 API，直接操作 dpif 层。
dpif-netdev：用户空间中 “快速路径” 的实现，它实现了 dpif 模块 API，可以直接操作 netdev 设备，能够实现数据包在用户空间的快速处理，减少和内核空间的切换开销。
netdev-dpdk：应用 DPDK 库实现了 netdev 模块 API，提供了多种类型的接口，如下：
- Physical ports（PMD）：使用 vfio 或者 igb_uio 实现的端口。
- vHost（dpdkvhostuser and dpdkvhostcuse）：使用 librte_vhost 库实现的端口，用户可以基于这两种端口类型创建 vhost-user 和 vhost-cuse 端口来完成用户空间的数据转发，并且能够实现和 VM 的快速通信，只要提供 virtio 后端驱动 vhost 即可，virtio/vhost 被证实是用于 VM 通信的一套快速、安全、标准的接口。
- dpdkr：使用 librte_ring 实现，用户可以基于这种端口类型创建 dpdk-ring 端口来完成用户空间的数据转发，它能够实现和 VM 之间快速的零拷贝通信（使用 IVSHMEM 或者其他进程间通信方式）。

性能对比

OvS 性能

根据《Intel_ONP_Release_2.1_Performance_Test_Report_Rev1.0》可见，在 OvS 里配置流表和不配置流表，转发效果区别很大。

默认流表：不做流表配置。
配置流表：

ovs-ofctl del-flows br-bond_virt
ovs-ofctl add-flow br-bond_virt in_port=1,dl_type=0x800,idle_timeout=0,action=output:2
ovs-ofctl add-flow br-bond_virt in_port=3,dl_type=0x800,idle_timeout=0,action=output:1# port1: DPDK 物理端口。
# port2: 进入 VM 的 tap/vhostuser 端口。
# port3: VM 转出来的 tap/vhostuser 端口。

结果：

实验 1：pc -> nic -> nic -> ovs -> tap -> vm，默认流表和配置流表下 VM 接收都是 80 万 PPS 左右，差距不大。
实验 2：pc -> nic -> nic -> ovs+dpdk -> vhostuser -> vm，默认流表下 VM 收包 90 万 PPS；配置流表下为 600 万 PPS。

DPDK 性能

可以看出 DPDK 在基于 Intel Xeon 处理器的 E5-2695 的表现还是非常不错的，物理网卡总吞吐为 40G 的情况下，64Byte 的小包也有不俗的表现。

VPP 性能

Haswell x86 架构的 E5-2698v3 2x16C 2.3GHz 上测试，图中显示了 12 口 10GE，16 核，ipv4 转发。

OvS-DPDK 和 VPP 的性能对比

从上图可以看出：

由于 EMC 的大小问题当流表超过 8192 时，OvS 的扩展性就表现的不是很好了。
经过 NEANTC 的调试，VPP 接近线速。
VPP 架构实现了加速的承诺，VxLAN、NSH 在 SFC 的 VTEP 下。
但由于样本采集有限，数据可能还有待进一步完善。

应用对比

OvS-DPDK 在 VNF 中的应用

根据 ETSI 的 NFV 参考架构，现实中的 NFV 应用系统一般由 NFV 基础设施（VIM）和 VNF 两类系统服务商提供。因此，相应的 NFV 端到端性能测试，也应划分为底层的 VIM 性能与上层的 VNF 性能两类，以明确各自的性能瓶颈，并避免性能调优工作相互干扰。

大量实践表明，通用 x86 服务器作为 NFV 基础设施用于高转发业务时，面临着严重的数据包转发性能瓶颈，需要有针对性地从硬件架构、系统 I/O、操作系统、虚拟化层、组网与流量调度、VNF 功能等层面进行性能优化，才能达到各类 NFV 网络业务的高性能转发要求。

在 VIM 层面，由于采用了软件转发和软件交换技术，单个物理服务器内部的数据转发能力是 NFV 的主要性能瓶颈。在各类高速转发的 NFV 应用中，数据报文从网卡中接收，再传送到虚拟化的用户态应用程序处理。整个过程要经历 CPU 中断处理、虚拟化 I/O 与地址映射转换、虚拟交换层、内核协议栈、内核上下文切换、内存拷贝等多个费时的 CPU 操作和 I/O 处理环节。面对这样的性能损耗问题，业内通常采用消除海量中断、内核旁路协议栈、减少内存拷贝、CPU 多核任务分担、Intel VT 等技术来综合提升服务器数据平面的报文处理性能。但由于技术栈复杂，普通用户较难掌握，业界迫切需要一种综合的性能优化方案，同时提供良好的用户开发和商业集成环境。

在 VIM 层的各类性能优化技术方案中，DPDK 加速技术方案成为其中的典型代表。DPDK 以用户数据 I/O 通道优化为基础，结合了 Intel VT 技术、操作系统、虚拟化层与 vSwitch 等多种优化方案，已经形成了完善的性能加速整体架构，并提供了用户态 API 供高速转发类应用访问。

DPDK 在宿主机中提供 OvS 数据平面，同时在 VNF 中加速网元应用。这种方案由于采用纯软件的形式实现，可编程灵活，DPDK 的参与也使得性能大大提高，基本可以媲美纯硬件的形式。

SR-IOV pNIC 直接将 VF 直通到 VNF 中，然后在 VNF 中使用 DPDK 进行加速。

OvS-DPDK 与 VPP 的应用对比

参考文献

https://networkbuilders.intel.com/docs/open-vswitch-enables-sdn-and-nfv-transformation-paper.pdf

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OvS v.s. OvS-DPDK v.s. VPP

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