• 1 Introduction

• 1.1 Modular, Flexible, and Extensible

• 1.2 Feature Rich

• 2 Why is it called vector processing?

• 3 Example Use Case: VPP as a vSwitch/vRouter

• 3.1 Local Programmability

• 3.2 Remote Programmability

• 3.3 Sample Data Plane Management Agent

• 4 Primary Characteristics Of VPP

• 4.1 Supported Architectures

• 4.2 Supported Packaging Models

• 5 Performance Expectations

• 5.1 Performance Metrics

• 5.2 NDR rates for 2p10GE, 1 core, L2 NIC-to_NIC

• 5.3 NDR rates for 2p10GE, 1 core, L2 NIC-to-VM/VM-to-VM

• 5.4 NDR rates VPP versus OVSDPDK

1 Introduction

VPP平台是一个可扩展的框架提供现成的生产质量交换机/路由器功能。它是思科矢量数据包处理VPP技术的开源版本一个高性能的数据包处理堆栈，可以在商品CPU上运行。
VPP的这种实现的好处是其高性能、成熟的技术、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，该技术帮助思科推出了超过10亿美元的产品。这是一种模块化设计。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。

1.1 模块化、灵活且可扩展

VPP平台建立在“数据包处理graph”上。这种模块化方法意味着任何人都可以“插入”新的图形节点。这使得可扩展性变得相当简单，这意味着插件可以针对特定目的进行定制。

插件是如何发挥作用的？在运行时，VPP平台从RX ring获取所有可用数据包，形成数据包矢量。对整个数据包向量逐节点，包括插件，应用数据包处理graph。图形节点小且模块化。图节点是松散耦合的。这使得引入新的图节点变得容易。它还可以相对容易地重新连接现有的图形节点。

插件可以引入新的graph节点或重新排列数据包处理graph。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。它可以用作负载平衡器、防火墙、IDS或主机堆栈的基础。您还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——您可以扩展数据包处理引擎的功能，而无需更改在内核级别运行的代码。通过创建插件，任何人都可以通过以下方式扩展功能，

• 新的自定义图节点

• 图节点的重排

• 新的低级API

1.2 功能丰富

全套graph节点允许构建各种各样的network appliance工作负载。在高层次上，该平台提供，

• 快速查找路由、网桥条目的表项

• 任意n元组分类器

• 现成的生产质量交换机/路由器功能

以下是VPP平台提供的功能摘要，

2 为什么叫矢量处理？

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一个中断，并遍历调用堆栈，a调用b调用c…从嵌套调用返回…然后从中断返回，。然后，该过程执行以下三项操作之一，punt、丢弃或重写/转发数据包。

传统标量数据包处理的问题是，

• 抖动发生在I-cache中

• 每个数据包都会导致一组相同的I-cache未命中

• 除了提供更大的缓存之外，没有解决上述问题的方法

相比之下，矢量处理一次处理多个数据包。

矢量方法的一个好处是，它修复了I-cache抖动问题。它还缓解了相关读取延迟问题，预取消除了延迟，。
这种方法修复了与堆栈地址上的堆栈深度/D-cache未命中相关的问题。它改善了“circuit 时间”。“circuit”是从设备RX ring循环捕获所有可用数据包，形成一个“帧”，矢量，，该帧由按RX顺序的packet索引组成，通过节点的有向graph 运行packets ，然后返回到RX ring。随着持续处理数据包，circuit 时间根据提供的负载达到稳定平衡。
随着矢量大小的增加，每个数据包的处理成本降低，因为您将I-cache未命中分摊到更大的N。

3 示例用例，VPP作为vSwitch/vRouter

VPP平台的一个用例是将其实现为虚拟交换机或路由器。以下部分介绍了可以使用VPP平台创建的可能实现的示例。有关其他可能用例的更深入描述，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平台允许您通过命令行界面，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，

• 桥接域

• 端口，包括隧道端口，

• 将端口连接到网桥域

• 程序ARP termination

路由应用程序可以创建的一些功能包括，

• Virtual Routing and Forwarding (VRF) tables (in the thousands)

• Routes (in the millions)

3.1 本地可编程性

一种方法是实现VPP应用程序，以便在本地环境，Linux主机或容器，中与外部应用程序通信。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，它既简单又高性能。例如，预期性能产出率为每秒500kroutes/second是合理的。

这种方法利用了共享内存/消息队列。该实现是在盒子或容器上的本地计算机上实现的。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。

3.2 远程编程能力

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应用程序，引擎，对话。这可以在一个盒子，或虚拟机或容器，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平台不强制特定的数据平面管理代理。此外，VPP平台不限制通信仅限于*一个*高级API。任何人都可以带数据平面管理代理。这允许您将高级API/数据平面管理代理和实现与VPP应用程序的特定需求相匹配。

3.3 数据平面管理代理示例

使用high-hevel API的一个例子是将VPP平台作为一个应用程序实现在一个运行本地ODL实例，蜂窝，的盒子上。您可以在生成的Java绑定上使用低级API与VPP应用程序对话，并通过netconf/restconf NB公开模型。

这将是实现桥接域的一种方法。

4 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，提高了容错性和ISSU，

• 崩溃通常只需要重启进程

• 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，

• 相同的映像可以在VM、Linux容器或主机内核上运行

• KVM和ESXi，通过PCI direct map的NIC

• Vhost用户、netmap、virtio paravirtualized NICs

• Tun/tap驱动程序

• DPDK轮询模式设备驱动程序

VPP与DPDK集成，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、vhost用户、Linux TAP

• 惠普更名为英特尔Niantic MAC/PHY

• 思科 VIC

考虑的安全问题，

• 思科安全团队进行了广泛的白盒测试

• 图像段基址随机化

• 共享内存段基址随机化

• 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架构上的主要punt/inject路径。

4.1 支持的体系结构

VPP平台支持，
x86/64

4.2 支持的打包模型

VPP平台支持在以下操作系统上安装软件包，

• Debian

• Ubuntu 16.04

• Centos 7.3

5 性能预期

VPP的这种实现的好处之一是它在相对低功耗计算上的高性能。这种高水平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栈

• 主机、虚拟机和Linux容器的代码相同

• 集成的vhost用户virtio后端可实现高速虚拟机到虚拟机的连接

• L2和L3功能，多重封装

• 利用同类最佳的开源驱动程序技术，DPDK

• 通过使用插件进行扩展

• 通过基于标准的API控制平面/编排平面

5.1 性能指标

VPP平台已被证明提供了以下近似性能指标，

• Multiple MPPS from a single x86_64 core

• >100Gbps full-duplex on a single physical host

• Example of multi-core scaling benchmarks (on UCS-C240 M3, 3.5 gHz, all memory channels forwarded, simple ipv4 forwarding):

• 1 core: 9 MPPS in+out

• 2 cores: 13.4 MPPS in+out

• 4 cores: 20.0 MPPS in+out

NDR rates for 2p10GE, 1 core, L2 NIC-to_NIC

The following chart shows the NDR rates on: 2p10GE, 1 core, L2 NIC-to_NIC.