VPP /什么是VPP？读这篇文章就够了

介绍

为什么称为向量处理？

用例示例：VPP作为vSwitch / vRouter

VPP的主要特征

绩效期望

介绍

VPP平台是一个可扩展的框架，可提供开箱即用的生产质量交换机/路由器功能。它是思科矢量数据包处理（VPP）技术的开源版本：一种高性能的数据包处理堆栈，可以在商用CPU上运行。

实施VPP的好处在于其高性能，经过验证的技术，其模块化和灵活性以及丰富的功能集。

VPP技术基于久经考验的技术，已帮助交付了超过10亿美元的思科产品。这是一个模块化设计。该框架允许任何人“插入”新的图形节点，而无需更改核心/内核代码。

模块化，灵活和可扩展

VPP平台建立在“数据包处理图”上。这种模块化方法意味着任何人都可以“插入”新的图节点。这使得扩展性相当简单，并且意味着可以针对特定目的自定义插件。

插件如何发挥作用？在运行时，VPP平台从RX环获取所有可用的数据包，以形成数据包向量。数据包处理图逐个节点（包括插件）应用于整个数据包向量。图节点较小且模块化。图节点是松散耦合的。这使引入新图节点变得容易。这也使得重新连接现有图形节点相对容易。

插件可以引入新的图节点或重新排列数据包处理图。您还可以独立于VPP源代码树构建插件-这意味着您可以将其视为独立组件。可以通过将插件添加到插件目录来安装插件。

VPP平台可用于构建任何类型的数据包处理应用程序。它可用作负载均衡器，防火墙，IDS或主机堆栈的基础。您也可以创建应用程序的组合。例如，您可以向vSwitch添加负载平衡。

引擎在纯用户空间中运行。这意味着插件不需要更改核心代码-您可以扩展包处理引擎的功能，而无需更改在内核级别运行的代码。通过创建插件，任何人都可以使用以下功能扩展功能：

新的自定义图节点
图节点的重排
新的低级API

功能丰富

全套图形节点允许构建各种网络设备工作负载。从高层次上讲，该平台提供：

快速查找表的路由，网桥条目
任意n元组分类器
开箱即用的生产质量交换机/路由器功能

以下是VPP平台提供的功能的摘要：

IPv4 / IPv6
14+ MPPS，单核数
百万个条目FIB
输入检查
    源RPF
    TTL到期
    标头校验和
    L2长度<IP长度
    ARP解析/侦听
    ARP代理
数千个VRF
    控制的交叉VRF查找
多路径– ECMP和不等成本数
百万分类器–
    任意N元组
VLAN支持–单/双标签

IPv4
GRE，MPLS-GRE，NSH-GRE，
VXLAN
IPSEC
DHCP客户端/代理

IPv6
邻居发现
路由器公告
DHCPv6代理
L2TPv3
段路由
MAP / LW46 – IPv4aas
iOAM

MPLS
MPLS MPLS-o-以太网–
支持深标签栈

L2
VLAN支持通过EFP / BridgeDomain概念进行
单/双标签
L2转发
VTR –推/弹出/翻译（1：1,1：2，2：1,2：2）
Mac学习–默认限制为50k地址
桥接–拆分- Horizon Group支持/ EFP过滤
代理Arp
Arp终止
IRB –支持RouterMac分配的BVI泛
洪
输入ACL
接口交叉连接

为什么称为向量处理？

顾名思义，VPP使用矢量处理而不是标量处理。标量数据包处理是指一次处理一个数据包。这种较旧的传统方法需要处理中断，并遍历调用堆栈（a调用b调用c ...从嵌套调用返回return ...然后从Interrupt返回）。然后，该过程将执行以下三项操作之一：平移，丢弃或重写/转发数据包。

传统的标量数据包处理的问题是：

在I缓存中发生抖动
每个数据包都会导致相同的I缓存未命中
除了提供更大的缓存，上述方法无其他解决方法

相比之下，矢量处理一次处理一个以上的数据包。

向量方法的好处之一是它解决了I缓存抖动问题。它还缓解了相关的读取延迟问题（预取消除了延迟）。

这种方法解决了与堆栈深度/ D-cache堆栈地址未命中有关的问题。它改善了“电路时间”。“电路”是以下周期：从设备RX环中获取所有可用数据包，形成一个“帧”（向量），该帧由RX顺序的数据包索引组成，通过有向节点图运行数据包，然后返回到RX。环。随着数据包处理的继续，电路时间将根据提供的负载达到稳定的平衡。

随着向量大小的增加，每个数据包的处理成本降低，因为您要在较大的N上摊销I缓存未命中

用例示例：VPP作为vSwitch / vRouter

VPP平台的一种使用情况是将其实现为虚拟交换机或路由器。以下部分描述了可以使用VPP平台创建的可能实现的示例。有关其他可能用例的更多详细说明，请参见用例列表。

您可以使用VPP平台创建现成的虚拟交换机（vSwitch）和虚拟路由器（vRouter）。VPP平台使您可以通过命令行界面（CLI）管理这些应用程序的某些功能和配置。

交换应用程序可以创建的一些功能包括：

桥域
端口（包括隧道端口）
将端口连接到网桥域
程序ARP终止

路由应用程序可以创建的一些功能包括：

虚拟路由和转发（VRF）表（以千计）
路线（以百万计）

本地可编程性

一种方法是实现VPP应用程序以与本地环境（Linux主机或容器）中的外部应用程序通信。通信将通过低级API进行。这种方法提供了一个完整的，功能丰富的解决方案，既简单又高性能。例如，可以合理地预期性能产出为每秒50万条路由。

这种方法利用了共享内存/消息队列的优势。该实现在本地的盒子或容器上。所有CLI任务都可以通过API调用完成。

VPP平台的当前实现为C客户端和Java客户端生成低级绑定。将来可能会为其他编程语言的绑定提供支持。

远程可编程性

另一种方法是通过高级API使用数据平面管理代理。如图所示，数据平面管理代理可以通过低级API与VPP App（引擎）对话。它可以在一个盒子（或VM或容器）中本地运行。盒子（或容器）将通过某种形式的绑定公开更高级别的API。

这是一种特别灵活的方法，因为VPP平台不会强制使用特定的数据平面管理代理。此外，VPP平台不将通信限制为仅一个高级API。任何人都可以携带数据平面管理代理。这使您可以将高级API /数据平面管理代理和实施与VPP应用程序的特定需求进行匹配。

样本数据平面管理代理

使用高水平API的一个示例是在运行本地ODL实例（Honeycomb）的盒子上将VPP平台实现为应用程序。您可以在生成的Java绑定上使用低级API来与VPP App对话，并通过netconf / restconf NB公开Yang模型。

这将是实现网桥域的一种方法。

VPP的主要特征

一些主要特征包括：

与在内核中运行类似的数据包处理相比，提高了容错能力和ISSU：

崩溃很少需要重启进程
软件更新不需要重新启动系统
开发环境比类似的内核代码更易于使用和执行调试
用户空间调试工具（gdb，valgrind，wireshark）
利用广泛可用的内核模块（uio，igb_uio）：DMA安全内存

作为Linux用户空间进程运行：

同一映像可在VM，Linux容器或主机内核中运行
KVM和ESXi：通过PCI直接映射的NIC
虚拟主机用户，netmap，virtio半虚拟化NIC
调整/点击驱动程序
DPDK轮询模式设备驱动程序

VDP与DPDK集成在一起，支持现有的NIC设备，包括：

英特尔i40e，英特尔ixgbe物理和虚拟功能，英特尔e1000，virtio，虚拟主机用户，Linux TAP
惠普更名为英特尔Niantic MAC / PHY
思科VIC

考虑的安全性问题：

思科安全团队的全面白盒测试
图像段基地址随机化
共享内存段基地址随机化
堆栈边界检查
调试CLI“ chroot”

数据包处理的矢量方法已被证明是主要体系结构上的主要平移/注入路径。

支持的架构

VPP平台支持：

x86 / 64

支持的包装型号

VPP平台支持在以下操作系统上安装软件包：

德比安
Ubuntu 16.04
Centos的7.3

绩效期望

VPP实施的好处之一是它在相对低功耗的计算上具有高性能。如此高的性能基于以下亮点：

用于商用硬件的高性能用户空间网络堆栈
主机，VM，Linux容器的代码相同
集成的虚拟主机用户virtio后端，可实现虚拟机到虚拟机的高速连接
L2和L3功能，多种封装
利用同类最佳的开源驱动程序技术：DPDK
通过使用插件可扩展
通过基于标准的API控制平面/业务流程平面

性能指标

VPP平台已显示提供以下近似性能指标：

来自单个x86_64内核的多个MPPS
单个物理主机上> 100Gbps全双工
多核扩展基准测试示例（在UCS-C240 M3上，3.5 gHz，转发了所有内存通道，简单的ipv4转发）：
- 1个核心：9 MPPS进出
- 2核：13.4 MPPS进出
- 4核：20.0 MPPS进出

2p10GE，1核，L2 NIC到NIC的NDR速率

下表显示了以下NDR速率：2p10GE，1核，L2 NIC-to_NIC。

2p10GE，1核心，L2 NIC-to-VM / VM-to-VM的NDR速率

下表显示了以下情况的NDR速率：2p10GE，1核，L2 NIC-to-VM / VM-to-VM。

注意：

虚拟网络基础效能基准

所有测试仅针对每个连接，单核

潜在的更高性能，更多连接和更多核心

最新软件：OVSDPDK 2.4.0，VPP 09/2015

NDR率VPP与OVSDPDK

下表显示了VPP与开源报告和商业报告相比的性能。

速率反映了在具有E5-2698v3 2x16C 2.3GHz的Haswell x86平台上测试的VPP和OVSDPDK性能。该图显示了12端口10GE，16核心，IPv4的NDR速率。

https://wiki.fd.io/view/VPP/What_is_VPP%3F#:~:text=Sample%20Data%20Plane%20Management%20Agent.%20One%20example%20of,App%2C%20and%20expose%20Yang%20Models%20over%20netconf%2Frestconf%20NB.