mininet编程实现交换机规则的插入、删除与修改。_可编程网卡芯片在滴滴云网络的应用实践...
桔妹導讀：隨著云規模不斷擴大以及業務層面對延遲、帶寬的要求越來越高，采用DPDK 加速網絡報文處理的方式在橫向縱向擴展都出現了局限性。可編程芯片成為業界熱點。本文主要講述了可編程網卡芯片在滴滴云網絡中的應用實踐，遇到的問題、帶來的收益以及開源社區貢獻。
1.?數據中心面臨的問題隨著滴滴云規模的不斷擴大，業務層面對延遲以及帶寬的要求越來越高。2018年滴滴云網絡團隊上線了基于開源社區的OVS-DPDK方案。DPDK是X86平臺報文快速處理的庫和驅動的集合, 其主要優勢為通過Bypass Linux內核，Hugepage內存以及PMD(Poll Mode Driver)模型驅動的方式實現加速。我們為OVS-DPDK提供了在線熱升級功能，該功能保證了在升級過程中虛擬機業務無感知，并且網絡Downtime時間為毫秒級別。同時我們優化了OVS-DPDK數據轉發平面。實現了不同物理主機上的虛擬機網絡延遲<150us，單核性能約~400w pps(雙向)。(具體介紹見使用 OVS-DPDK 加速滴滴云網絡)
滴滴內部上云、高性能計算HPC，以及機器學習，對網絡提出了更高的要求。通過CPU DPDK處理報文的方式，雖然在性能以及延遲方面遠優于基于Linux 內核的轉發實現。但CPU DPDK已經不能滿足數據中心流量激增帶來的需求。
2.?
技術方案選擇
云網絡環境中，在計算節點DPDK不會占用過多的CPU，否則會影響CPU售賣，一般會使用1-2 CPU用于數據報文處理。同時DPDK 處理數據報文的性能強依賴CPU算力。因此在計算節點網絡的橫向擴展以及縱向擴展都具有局限性。
在邊際網關節點，我們可以通過擴展服務器的方式，提高網絡處理容量進而滿足業務需求。但是大規模的擴展服務器，需要承擔更多的機器、功耗以及運維成本。
軟件定義網絡(Software?Defined?Network，SDN)是一種新型網絡創新架構，是網絡虛擬化的一種實現方式。其核心思想是將網絡設備的控制面與數據面分離開來。控制層面可以通過集中控制的方式實現不同的業務邏輯：拓撲發現，路由管理，安全策略，網絡虛擬化等。數據平面更專注在數據報文轉發。2018年AWS re:Invent，AWS 介紹了Nitro System。該系統通過硬件芯片加速虛擬機IO處理(網絡、存儲、安全等)。
目前工業界，加速網絡處理的焦點聚集到了硬件層面：AISC，FPGA，P4，可編程網卡，以及智能網卡等。3.?
基于可編程芯片的解決方案
▍3.1 硬件芯片選擇
傳統AISC卡
該卡比較成熟，但業務邏輯固定，很難適應云上復雜的業務場景。
P4
P4 具有靈活的可編程性，較為合適做為網關節點數據處理。并不適合在計算節點使用。同時價格也是需要考慮的因素。
SLB負載均衡
提供四層負載均衡，根據用戶策略將underlayer網絡報文分發到虛擬網絡服務節點。
vRouter
提供彈性EIP服務。用戶可以將一個公網IP地址綁定到虛擬機、容器、或者裸金屬，從而獲得公網訪問功能。
iRouter
將滴滴數據中心和滴滴云虛擬網絡打通，滴滴數據中心可以方便快捷的訪問云上資源。
SNAT為虛擬機、容器以及裸金屬提供訪問公網服務。
云企業網互聯
互聯服務支持將滴滴云上的多個VPC網絡加入云互聯，任意兩個VPC網絡即可實現資源之間的互訪。
計算節點
在計算節點主要有兩大應用場景：一種場景為在計算節點為虛擬機、容器提供VPC服務(網絡隧道，限速，轉發，報文修改，公網服務)，RDMA網絡。另外一個場景使用智能網卡為裸金屬提供VPC服務。
在調研開發過程中遇到諸多問題，在這里和大家總結分享下:
OVS-DPDK 支持Offload 程度有限
首先OVS 社區并對DPDK Offload接口(rte flow)支持有限：實現的action非常有限。需要使用者獨立完成開發：如set action，meter offload，vxlan 隧道報文處理等。
端口轉發限制
目前mellanox網卡芯片并不支持從一個PF端口轉發到該芯片另一個端口， 最終我們通過SRIOV+Hairpin的方式解決該問題。據了解后續的網卡芯片開始支持該功能(功能也受限于固件)。
調用DPDK Meter API 接口導致crash。目前該問題已經修復，發送到社區并接收。
http://git.dpdk.org/next/dpdk-next-net/commit/?id=4f19f4140e058c92822f228dcdc55c44bd88b613
修改OVS 配置導致刪除offload flow crash，目前該問題已經修復，發送到社區并接收。https://github.com/openvswitch/ovs/commit/058b80d3de31b2c539d9e6f5f6687bde78ef08e9
Meter offload
OVS社區沒有實現該功能，我們根據業務特征抽象出接口并在OVS實現了meter offload。該系 列補丁文件正在OVS 社區review，不久會進入upstream。
Decap/Encap 流表限制
下發多條帶有decap/encap的流表規則時報錯。該問題最終確認為DPDK的一個bug，目前該問題已經修復，與社區maintainer 協同修復。http://git.dpdk.org/next/dpdk-next-net/commit/?id=64927f72a72fad39898b084e0cf66cc97b40959f
Decap + Meter action限制
decap + meter 做為action 下發規則時失敗。該問題最終確認為DPDK的一個bug，目前該問題已經修復，與社區maintainer 協同修復http://git.dpdk.org/next/dpdk-next-net/commit/?id=431f199883e5b7eeea87a2f9f0272daf3354c1da
Hairpin 性能問題
在高并發情況下，mellanox 網卡芯片性能會下降約40%，最終確認是網卡驅動hairpin問題。目前mellanox 確認該問題并給出修復方式。
流表數目限制
通過刪除流表上限修復該問題：https://github.com/openvswitch/ovs/commit/df5c293642cc07013e796e588eb7aead917e20a1
MAC 地址對VxLAN的影響
物理主機源MAC地址變更后vxlan 報文依舊使用原來MAC地址，這樣會導致收不到響應報文：
https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/netdev/net-next.git/commit/? id=6707f74be8621ae067d2cf1c4485900e2742c20f
多次修改報文不生效問題
多次使用TC Flower pedit 修改報文，offload 不生效問題, 最終確認是內核驅動問題：
https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/netdev/net-next.git/commit/?id=218d05ce326f9e1b40a56085431fa1068b43d5d9
配置vf rate、mac不當導致內核crashhttps://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/netdev/net-next.git/commit/? id=6e77c413e8e73d0f36b5358b601389d75ec4451c
https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/netdev/net-next.git/commit/? id=24319258660a84dd77f4be026a55b10a12524919
| pps(64B) | Mpbs(64B) | pps(1500B) | Mpbs(1500B) |
| 9495892 | 8660.25 | 811935 | 10067.98 |
| 背景流量 | 網關延遲 |
| 10W條流表以及并發1Gbps 64B流量 | 3u |
| 10W條流表以及并發5Gbps 64B流量 | 6u |
除了為開源社區提供 bug patch，我們也將新增特性、性能優化patch回饋至開源社區：OVS、DPDK、Linux 內核社區(約80+ patch), 其中Linux 內核補丁列表如下：
團隊介紹?滴滴云平臺事業群滴滴SDN網絡團隊負責云網絡產品的規劃、設計、以及研發等工作。為公有云提供負載均衡SLB、專有網絡VPC、彈性公網EIP、SNAT 以及云互聯等服務。團隊針對云網絡業務需求，在Linux 內核網絡虛擬化、DPDK、OVS、可編程芯片、RDMA、智能網卡以及系統優化等領域均有廣泛深入的研究。團隊具有多名開源社區contributor，涉及OVS、DPDK、Linux 內核等。
作者介紹?專注于高性能網絡技術，從事云網絡研發工作。活躍于Linux 內核、OVS、DPDK開源社區。延伸閱讀?內容編輯 | Charlotte & Teeo聯系我們 | DiDiTech@didiglobal.com總結
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