Merge "trex: Add support for burst traffic type"
[vswitchperf.git] / docs / testing / developer / devguide / design / vswitchperf_design.rst
1 .. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
2 .. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0
3 .. (c) OPNFV, Intel Corporation, AT&T and others.
4
5 .. _vsperf-design:
6
7 ======================
8 VSPERF Design Document
9 ======================
10
11 Intended Audience
12 =================
13
14 This document is intended to aid those who want to modify the vsperf code. Or
15 to extend it - for example to add support for new traffic generators,
16 deployment scenarios and so on.
17
18 Usage
19 =====
20
21 Example Connectivity to DUT
22 ---------------------------
23
24 Establish connectivity to the VSPERF DUT Linux host. If this is in an OPNFV lab
25 following the steps provided by `Pharos <https://www.opnfv.org/community/projects/pharos>`_
26 to `access the POD <https://wiki.opnfv.org/display/pharos/Pharos+Lab+Support>`_
27
28 The followign steps establish the VSPERF environment.
29
30 Example Command Lines
31 ---------------------
32
33 List all the cli options:
34
35 .. code-block:: console
36
37    $ ./vsperf -h
38
39 Run all tests that have ``tput`` in their name - ``phy2phy_tput``, ``pvp_tput`` etc.:
40
41 .. code-block:: console
42
43    $ ./vsperf --tests 'tput'
44
45 As above but override default configuration with settings in '10_custom.conf'.
46 This is useful as modifying configuration directly in the configuration files
47 in ``conf/NN_*.py`` shows up as changes under git source control:
48
49 .. code-block:: console
50
51    $ ./vsperf --conf-file=<path_to_custom_conf>/10_custom.conf --tests 'tput'
52
53 Override specific test parameters. Useful for shortening the duration of tests
54 for development purposes:
55
56 .. code-block:: console
57
58    $ ./vsperf --test-params 'TRAFFICGEN_DURATION=10;TRAFFICGEN_RFC2544_TESTS=1;' \
59                             'TRAFFICGEN_PKT_SIZES=(64,)' pvp_tput
60
61 Typical Test Sequence
62 =====================
63
64 This is a typical flow of control for a test.
65
66 .. image:: vsperf.png
67
68 .. _design-configuration:
69
70 Configuration
71 =============
72
73 The conf package contains the configuration files (``*.conf``) for all system
74 components, it also provides a ``settings`` object that exposes all of these
75 settings.
76
77 Settings are not passed from component to component. Rather they are available
78 globally to all components once they import the conf package.
79
80 .. code-block:: python
81
82    from conf import settings
83    ...
84    log_file = settings.getValue('LOG_FILE_DEFAULT')
85
86 Settings files (``*.conf``) are valid python code so can be set to complex
87 types such as lists and dictionaries as well as scalar types:
88
89 .. code-block:: python
90
91    first_packet_size = settings.getValue('PACKET_SIZE_LIST')[0]
92
93 Configuration Procedure and Precedence
94 --------------------------------------
95
96 Configuration files follow a strict naming convention that allows them to be
97 processed in a specific order. All the .conf files are named ``NNx_name.conf``,
98 where ``NN`` is a decimal number and ``x`` is an optional alphabetical suffix.
99 The files are processed in order from ``00_name.conf`` to ``99_name.conf``
100 (and from ``00a_name`` to ``00z_name``), so that if the name setting is given
101 in both a lower and higher numbered conf file then the higher numbered file
102 is the effective setting as it is processed after the setting in the lower
103 numbered file.
104
105 The values in the file specified by ``--conf-file`` takes precedence over all
106 the other configuration files and does not have to follow the naming
107 convention.
108
109 .. _paths-documentation:
110
111 Configuration of PATHS dictionary
112 ---------------------------------
113
114 VSPERF uses external tools like Open vSwitch and Qemu for execution of testcases. These
115 tools may be downloaded and built automatically (see :ref:`vsperf-installation-script`)
116 or installed manually by user from binary packages. It is also possible to use a combination
117 of both approaches, but it is essential to correctly set paths to all required tools.
118 These paths are stored within a PATHS dictionary, which is evaluated before execution
119 of each testcase, in order to setup testcase specific environment. Values selected for testcase
120 execution are internally stored inside TOOLS dictionary, which is used by VSPERF to execute
121 external tools, load kernel modules, etc.
122
123 The default configuration of PATHS dictionary is spread among three different configuration files
124 to follow logical grouping of configuration options. Basic description of PATHS dictionary
125 is placed inside ``conf/00_common.conf``. The configuration specific to DPDK and vswitches
126 is located at ``conf/02_vswitch.conf``. The last part related to the Qemu is defined inside
127 ``conf/04_vnf.conf``. Default configuration values can be used in case, that all required
128 tools were downloaded and built automatically by vsperf itself. In case, that some of
129 tools were installed manually from binary packages, then it will be necessary to modify
130 the content of PATHS dictionary accordingly.
131
132 Dictionary has a specific section of configuration options for every tool type, it means:
133
134     * ``PATHS['vswitch']`` - contains a separate dictionary for each of vswitches supported by VSPEF
135
136       Example:
137
138       .. code-block:: python
139
140          PATHS['vswitch'] = {
141             'OvsDpdkVhost': { ... },
142             'OvsVanilla' : { ... },
143             ...
144          }
145
146     * ``PATHS['dpdk']`` - contains paths to the dpdk sources, kernel modules and tools (e.g. testpmd)
147
148       Example:
149
150       .. code-block:: python
151
152          PATHS['dpdk'] = {
153             'type' : 'src',
154             'src': {
155                 'path': os.path.join(ROOT_DIR, 'src/dpdk/dpdk/'),
156                 'modules' : ['uio', os.path.join(RTE_TARGET, 'kmod/igb_uio.ko')],
157                 'bind-tool': 'tools/dpdk*bind.py',
158                 'testpmd': os.path.join(RTE_TARGET, 'app', 'testpmd'),
159             },
160             ...
161          }
162
163     * ``PATHS['qemu']`` - contains paths to the qemu sources and executable file
164
165       Example:
166
167       .. code-block:: python
168
169          PATHS['qemu'] = {
170              'type' : 'bin',
171              'bin': {
172                  'qemu-system': 'qemu-system-x86_64'
173              },
174              ...
175          }
176
177 Every section specific to the particular vswitch, dpdk or qemu may contain following types
178 of configuration options:
179
180     * option ``type`` - is a string, which defines the type of configured paths ('src' or 'bin')
181       to be selected for a given section:
182
183         * value ``src`` means, that VSPERF will use vswitch, DPDK or QEMU built from sources
184           e.g. by execution of ``systems/build_base_machine.sh`` script during VSPERF
185           installation
186
187         * value ``bin`` means, that VSPERF will use vswitch, DPDK or QEMU binaries installed
188           directly in the operating system, e.g. via OS specific packaging system
189
190     * option ``path`` - is a string with a valid system path; Its content is checked for
191       existence, prefixed with section name and stored into TOOLS for later use
192       e.g. ``TOOLS['dpdk_src']`` or ``TOOLS['vswitch_src']``
193
194     * option ``modules`` - is list of strings with names of kernel modules; Every module name
195       from given list is checked for a '.ko' suffix. In case that it matches and if it is not
196       an absolute path to the module, then module name is prefixed with value of ``path``
197       option defined for the same section
198
199       Example:
200
201       .. code-block:: python
202
203          """
204          snippet of PATHS definition from the configuration file:
205          """
206          PATHS['vswitch'] = {
207              'OvsVanilla' = {
208                  'type' : 'src',
209                  'src': {
210                      'path': '/tmp/vsperf/src_vanilla/ovs/ovs/',
211                      'modules' : ['datapath/linux/openvswitch.ko'],
212                      ...
213                  },
214                  ...
215              }
216              ...
217          }
218
219          """
220          Final content of TOOLS dictionary used during runtime:
221          """
222          TOOLS['vswitch_modules'] = ['/tmp/vsperf/src_vanilla/ovs/ovs/datapath/linux/openvswitch.ko']
223
224     * all other options are strings with names and paths to specific tools; If a given string
225       contains a relative path and option ``path`` is defined for a given section, then string
226       content will be prefixed with content of the ``path``. Otherwise the name of the tool will be
227       searched within standard system directories. In case that filename contains OS specific
228       wildcards, then they will be expanded to the real path. At the end of the processing, every
229       absolute path will be checked for its existence. In case that temporary path (i.e. path with
230       a ``_tmp`` suffix) does not exist, then log will be written and vsperf will continue. If any
231       other path will not exist, then vsperf execution will be terminated with a runtime error.
232
233       Example:
234
235       .. code-block:: python
236
237          """
238          snippet of PATHS definition from the configuration file:
239          """
240          PATHS['vswitch'] = {
241              'OvsDpdkVhost': {
242                  'type' : 'src',
243                  'src': {
244                      'path': '/tmp/vsperf/src_vanilla/ovs/ovs/',
245                      'ovs-vswitchd': 'vswitchd/ovs-vswitchd',
246                      'ovsdb-server': 'ovsdb/ovsdb-server',
247                      ...
248                  }
249                  ...
250              }
251              ...
252          }
253
254          """
255          Final content of TOOLS dictionary used during runtime:
256          """
257          TOOLS['ovs-vswitchd'] = '/tmp/vsperf/src_vanilla/ovs/ovs/vswitchd/ovs-vswitchd'
258          TOOLS['ovsdb-server'] = '/tmp/vsperf/src_vanilla/ovs/ovs/ovsdb/ovsdb-server'
259
260 Note: In case that ``bin`` type is set for DPDK, then ``TOOLS['dpdk_src']`` will be set to
261 the value of ``PATHS['dpdk']['src']['path']``. The reason is, that VSPERF uses downloaded
262 DPDK sources to copy DPDK and testpmd into the GUEST, where testpmd is built. In case,
263 that DPDK sources are not available, then vsperf will continue with test execution,
264 but testpmd can't be used as a guest loopback. This is useful in case, that other guest
265 loopback applications (e.g. buildin or l2fwd) are used.
266
267 Note: In case of RHEL 7.3 OS usage, binary package configuration is required
268 for Vanilla OVS tests. With the installation of a supported rpm for OVS there is
269 a section in the ``conf\10_custom.conf`` file that can be used.
270
271 .. _configuration-of-traffic-dictionary:
272
273 Configuration of TRAFFIC dictionary
274 -----------------------------------
275
276 TRAFFIC dictionary is used for configuration of traffic generator. Default values
277 can be found in configuration file ``conf/03_traffic.conf``. These default values
278 can be modified by (first option has the highest priorty):
279
280     1. ``Parameters`` section of testcase definition
281     2. command line options specified by ``--test-params`` argument
282     3. custom configuration file
283
284 It is to note, that in case of option 1 and 2, it is possible to specify only
285 values, which should be changed. In case of custom configuration file, it is
286 required to specify whole ``TRAFFIC`` dictionary with its all values or explicitly
287 call and update() method of ``TRAFFIC`` dictionary.
288
289 Detailed description of ``TRAFFIC`` dictionary items follows:
290
291 .. code-block:: console
292
293     'traffic_type'  - One of the supported traffic types.
294                       E.g. rfc2544_throughput, rfc2544_back2back,
295                       rfc2544_continuous or burst
296                       Data type: str
297                       Default value: "rfc2544_throughput".
298     'bidir'         - Specifies if generated traffic will be full-duplex (True)
299                       or half-duplex (False)
300                       Data type: str
301                       Supported values: "True", "False"
302                       Default value: "False".
303     'frame_rate'    - Defines desired percentage of frame rate used during
304                       continuous stream tests.
305                       Data type: int
306                       Default value: 100.
307     'burst_size'    - Defines a number of frames in the single burst, which is sent
308                       by burst traffic type. Burst size is applied for each direction,
309                       i.e. the total number of tx frames will be 2*burst_size in case of
310                       bidirectional traffic.
311                       Data type: int
312                       Default value: 100.
313     'multistream'   - Defines number of flows simulated by traffic generator.
314                       Value 0 disables multistream feature
315                       Data type: int
316                       Supported values: 0-65536 for 'L4' stream type
317                                         unlimited for 'L2' and 'L3' stream types
318                       Default value: 0.
319     'stream_type'   - Stream type is an extension of the "multistream" feature.
320                       If multistream is disabled, then stream type will be
321                       ignored. Stream type defines ISO OSI network layer used
322                       for simulation of multiple streams.
323                       Data type: str
324                       Supported values:
325                          "L2" - iteration of destination MAC address
326                          "L3" - iteration of destination IP address
327                          "L4" - iteration of destination port
328                                 of selected transport protocol
329                       Default value: "L4".
330     'pre_installed_flows'
331                    -  Pre-installed flows is an extension of the "multistream"
332                       feature. If enabled, it will implicitly insert a flow
333                       for each stream. If multistream is disabled, then
334                       pre-installed flows will be ignored.
335                       Note: It is supported only for p2p deployment scenario.
336                       Data type: str
337                       Supported values:
338                          "Yes" - flows will be inserted into OVS
339                          "No"  - flows won't be inserted into OVS
340                       Default value: "No".
341     'flow_type'     - Defines flows complexity.
342                       Data type: str
343                       Supported values:
344                          "port" - flow is defined by ingress ports
345                          "IP"   - flow is defined by ingress ports
346                                   and src and dst IP addresses
347                       Default value: "port"
348     'flow_control'  - Controls flow control support by traffic generator.
349                       Supported values:
350                          False  - flow control is disabled
351                          True   - flow control is enabled
352                       Default value: False
353                       Note: Currently it is supported by IxNet only
354     'learning_frames' - Controls learning frames support by traffic generator.
355                       Supported values:
356                          False  - learning frames are disabled
357                          True   - learning frames are enabled
358                       Default value: True
359                       Note: Currently it is supported by IxNet only
360     'l2'            - A dictionary with l2 network layer details. Supported
361                       values are:
362         'srcmac'    - Specifies source MAC address filled by traffic generator.
363                       NOTE: It can be modified by vsperf in some scenarios.
364                       Data type: str
365                       Default value: "00:00:00:00:00:00".
366         'dstmac'    - Specifies destination MAC address filled by traffic generator.
367                       NOTE: It can be modified by vsperf in some scenarios.
368                       Data type: str
369                       Default value: "00:00:00:00:00:00".
370         'framesize' - Specifies default frame size. This value should not be
371                       changed directly. It will be overridden during testcase
372                       execution by values specified by list TRAFFICGEN_PKT_SIZES.
373                       Data type: int
374                       Default value: 64
375     'l3'            - A dictionary with l3 network layer details. Supported
376                       values are:
377         'enabled'   - Specifies if l3 layer should be enabled or disabled.
378                       Data type: bool
379                       Default value: True
380                       NOTE: Supported only by IxNet trafficgen class
381         'srcip'     - Specifies source MAC address filled by traffic generator.
382                       NOTE: It can be modified by vsperf in some scenarios.
383                       Data type: str
384                       Default value: "1.1.1.1".
385         'dstip'     - Specifies destination MAC address filled by traffic generator.
386                       NOTE: It can be modified by vsperf in some scenarios.
387                       Data type: str
388                       Default value: "90.90.90.90".
389         'proto'     - Specifies deflaut protocol type.
390                       Please check particular traffic generator implementation
391                       for supported protocol types.
392                       Data type: str
393                       Default value: "udp".
394     'l4'            - A dictionary with l4 network layer details. Supported
395                       values are:
396         'enabled'   - Specifies if l4 layer should be enabled or disabled.
397                       Data type: bool
398                       Default value: True
399                       NOTE: Supported only by IxNet trafficgen class
400         'srcport'   - Specifies source port of selected transport protocol.
401                       NOTE: It can be modified by vsperf in some scenarios.
402                       Data type: int
403                       Default value: 3000
404         'dstport'   - Specifies destination port of selected transport protocol.
405                       NOTE: It can be modified by vsperf in some scenarios.
406                       Data type: int
407                       Default value: 3001
408     'vlan'          - A dictionary with vlan encapsulation details. Supported
409                       values are:
410         'enabled'   - Specifies if vlan encapsulation should be enabled or
411                       disabled.
412                       Data type: bool
413                       Default value: False
414         'id'        - Specifies vlan id.
415                       Data type: int (NOTE: must fit to 12 bits)
416                       Default value: 0
417         'priority'  - Specifies a vlan priority (PCP header field).
418                       Data type: int (NOTE: must fit to 3 bits)
419                       Default value: 0
420         'cfi'       - Specifies if frames can or cannot be dropped during
421                       congestion (DEI header field).
422                       Data type: int (NOTE: must fit to 1 bit)
423                       Default value: 0
424     'capture'       - A dictionary with traffic capture configuration.
425                       NOTE: It is supported only by T-Rex traffic generator.
426         'enabled'   - Specifies if traffic should be captured
427                       Data type: bool
428                       Default value: False
429         'tx_ports'  - A list of ports, where frames transmitted towards DUT will
430                       be captured. Ports have numbers 0 and 1. TX packet capture
431                       is disabled if list of ports is empty.
432                       Data type: list
433                       Default value: [0]
434         'rx_ports'  - A list of ports, where frames received from DUT will
435                       be captured. Ports have numbers 0 and 1. RX packet capture
436                       is disabled if list of ports is empty.
437                       Data type: list
438                       Default value: [1]
439         'count'     - A number of frames to be captured. The same count value
440                       is applied to both TX and RX captures.
441                       Data type: int
442                       Default value: 1
443         'filter'    - An expression used to filter TX and RX packets. It uses the same
444                       syntax as pcap library. See pcap-filter man page for additional
445                       details.
446                       Data type: str
447                       Default value: ''
448         'scapy'     - A dictionary with definition of a frame content for both traffic
449                       directions. The frame content is defined by a SCAPY notation.
450                       NOTE: It is supported only by the T-Rex traffic generator.
451                       Following keywords can be used to refer to the related parts of
452                       the TRAFFIC dictionary:
453                            Ether_src   - refers to TRAFFIC['l2']['srcmac']
454                            Ether_dst   - refers to TRAFFIC['l2']['dstmac']
455                            IP_proto    - refers to TRAFFIC['l3']['proto']
456                            IP_PROTO    - refers to upper case version of TRAFFIC['l3']['proto']
457                            IP_src      - refers to TRAFFIC['l3']['srcip']
458                            IP_dst      - refers to TRAFFIC['l3']['dstip']
459                            IP_PROTO_sport - refers to TRAFFIC['l4']['srcport']
460                            IP_PROTO_dport - refers to TRAFFIC['l4']['dstport']
461                            Dot1Q_prio  - refers to TRAFFIC['vlan']['priority']
462                            Dot1Q_id    - refers to TRAFFIC['vlan']['cfi']
463                            Dot1Q_vlan  - refers to TRAFFIC['vlan']['id']
464             '0'     - A string with the frame definition for the 1st direction.
465                       Data type: str
466                       Default value: 'Ether(src={Ether_src}, dst={Ether_dst})/'
467                                      'Dot1Q(prio={Dot1Q_prio}, id={Dot1Q_id}, vlan={Dot1Q_vlan})/'
468                                      'IP(proto={IP_proto}, src={IP_src}, dst={IP_dst})/'
469                                      '{IP_PROTO}(sport={IP_PROTO_sport}, dport={IP_PROTO_dport})'
470             '1'     - A string with the frame definition for the 2nd direction.
471                       Data type: str
472                       Default value: 'Ether(src={Ether_dst}, dst={Ether_src})/'
473                                      'Dot1Q(prio={Dot1Q_prio}, id={Dot1Q_id}, vlan={Dot1Q_vlan})/'
474                                      'IP(proto={IP_proto}, src={IP_dst}, dst={IP_src})/'
475                                      '{IP_PROTO}(sport={IP_PROTO_dport}, dport={IP_PROTO_sport})',
476
477 .. _configuration-of-guest-options:
478
479 Configuration of GUEST options
480 ------------------------------
481
482 VSPERF is able to setup scenarios involving a number of VMs in series or in parallel.
483 All configuration options related to a particular VM instance are defined as
484 lists and prefixed with ``GUEST_`` label. It is essential, that there is enough
485 items in all ``GUEST_`` options to cover all VM instances involved in the test.
486 In case there is not enough items, then VSPERF will use the first item of
487 particular ``GUEST_`` option to expand the list to required length.
488
489 Example of option expansion for 4 VMs:
490
491     .. code-block:: python
492
493        """
494        Original values:
495        """
496        GUEST_SMP = ['2']
497        GUEST_MEMORY = ['2048', '4096']
498
499        """
500        Values after automatic expansion:
501        """
502        GUEST_SMP = ['2', '2', '2', '2']
503        GUEST_MEMORY = ['2048', '4096', '2048', '2048']
504
505
506 First option can contain macros starting with ``#`` to generate VM specific values.
507 These macros can be used only for options of ``list`` or ``str`` types with ``GUEST_``
508 prefix.
509
510 Example of macros and their expansion for 2 VMs:
511
512     .. code-block:: python
513
514        """
515        Original values:
516        """
517        GUEST_SHARE_DIR = ['/tmp/qemu#VMINDEX_share']
518        GUEST_BRIDGE_IP = ['#IP(1.1.1.5)/16']
519
520        """
521        Values after automatic expansion:
522        """
523        GUEST_SHARE_DIR = ['/tmp/qemu0_share', '/tmp/qemu1_share']
524        GUEST_BRIDGE_IP = ['1.1.1.5/16', '1.1.1.6/16']
525
526 Additional examples are available at ``04_vnf.conf``.
527
528 Note: In  case, that macro is detected in the first item of the list, then
529 all other items are ignored and list content is created automatically.
530
531 Multiple macros can be used inside one configuration option definition, but macros
532 cannot be used inside other macros. The only exception is macro ``#VMINDEX``, which
533 is expanded first and thus it can be used inside other macros.
534
535 Following macros are supported:
536
537   * ``#VMINDEX`` - it is replaced by index of VM being executed; This macro
538     is expanded first, so it can be used inside other macros.
539
540     Example:
541
542     .. code-block:: python
543
544        GUEST_SHARE_DIR = ['/tmp/qemu#VMINDEX_share']
545
546   * ``#MAC(mac_address[, step])`` - it will iterate given ``mac_address``
547     with optional ``step``. In case that step is not defined, then it is set to 1.
548     It means, that first VM will use the value of ``mac_address``, second VM
549     value of ``mac_address`` increased by ``step``, etc.
550
551     Example:
552
553     .. code-block:: python
554
555        GUEST_NICS = [[{'mac' : '#MAC(00:00:00:00:00:01,2)'}]]
556
557   * ``#IP(ip_address[, step])`` - it will iterate given ``ip_address``
558     with optional ``step``. In case that step is not defined, then it is set to 1.
559     It means, that first VM will use the value of ``ip_address``, second VM
560     value of ``ip_address`` increased by ``step``, etc.
561
562     Example:
563
564     .. code-block:: python
565
566        GUEST_BRIDGE_IP = ['#IP(1.1.1.5)/16']
567
568   * ``#EVAL(expression)`` - it will evaluate given ``expression`` as python code;
569     Only simple expressions should be used. Call of the functions is not supported.
570
571     Example:
572
573     .. code-block:: python
574
575        GUEST_CORE_BINDING = [('#EVAL(6+2*#VMINDEX)', '#EVAL(7+2*#VMINDEX)')]
576
577 Other Configuration
578 -------------------
579
580 ``conf.settings`` also loads configuration from the command line and from the environment.
581
582 .. _pxp-deployment:
583
584 PXP Deployment
585 ==============
586
587 Every testcase uses one of the supported deployment scenarios to setup test environment.
588 The controller responsible for a given scenario configures flows in the vswitch to route
589 traffic among physical interfaces connected to the traffic generator and virtual
590 machines. VSPERF supports several deployments including PXP deployment, which can
591 setup various scenarios with multiple VMs.
592
593 These scenarios are realized by VswitchControllerPXP class, which can configure and
594 execute given number of VMs in serial or parallel configurations. Every VM can be
595 configured with just one or an even number of interfaces. In case that VM has more than
596 2 interfaces, then traffic is properly routed among pairs of interfaces.
597
598 Example of traffic routing for VM with 4 NICs in serial configuration:
599
600 .. code-block:: console
601
602                  +------------------------------------------+
603                  |  VM with 4 NICs                          |
604                  |  +---------------+    +---------------+  |
605                  |  |  Application  |    |  Application  |  |
606                  |  +---------------+    +---------------+  |
607                  |      ^       |            ^       |      |
608                  |      |       v            |       v      |
609                  |  +---------------+    +---------------+  |
610                  |  | logical ports |    | logical ports |  |
611                  |  |   0       1   |    |   2       3   |  |
612                  +--+---------------+----+---------------+--+
613                         ^       :            ^       :
614                         |       |            |       |
615                         :       v            :       v
616         +-----------+---------------+----+---------------+----------+
617         | vSwitch   |   0       1   |    |   2       3   |          |
618         |           | logical ports |    | logical ports |          |
619         | previous  +---------------+    +---------------+   next   |
620         | VM or PHY     ^       |            ^       |     VM or PHY|
621         |   port   -----+       +------------+       +--->   port   |
622         +-----------------------------------------------------------+
623
624 It is also possible to define different number of interfaces for each VM to better
625 simulate real scenarios.
626
627 Example of traffic routing for 2 VMs in serial configuration, where 1st VM has
628 4 NICs and 2nd VM 2 NICs:
629
630 .. code-block:: console
631
632            +------------------------------------------+  +---------------------+
633            |  1st VM with 4 NICs                      |  |  2nd VM with 2 NICs |
634            |  +---------------+    +---------------+  |  |  +---------------+  |
635            |  |  Application  |    |  Application  |  |  |  |  Application  |  |
636            |  +---------------+    +---------------+  |  |  +---------------+  |
637            |      ^       |            ^       |      |  |      ^       |      |
638            |      |       v            |       v      |  |      |       v      |
639            |  +---------------+    +---------------+  |  |  +---------------+  |
640            |  | logical ports |    | logical ports |  |  |  | logical ports |  |
641            |  |   0       1   |    |   2       3   |  |  |  |   0       1   |  |
642            +--+---------------+----+---------------+--+  +--+---------------+--+
643                   ^       :            ^       :               ^       :
644                   |       |            |       |               |       |
645                   :       v            :       v               :       v
646   +-----------+---------------+----+---------------+-------+---------------+----------+
647   | vSwitch   |   0       1   |    |   2       3   |       |   4       5   |          |
648   |           | logical ports |    | logical ports |       | logical ports |          |
649   | previous  +---------------+    +---------------+       +---------------+   next   |
650   | VM or PHY     ^       |            ^       |               ^       |     VM or PHY|
651   |   port   -----+       +------------+       +---------------+       +---->  port   |
652   +-----------------------------------------------------------------------------------+
653
654 The number of VMs involved in the test and the type of their connection is defined
655 by deployment name as follows:
656
657   * ``pvvp[number]`` - configures scenario with VMs connected in series with
658     optional ``number`` of VMs. In case that ``number`` is not specified, then
659     2 VMs will be used.
660
661     Example of 2 VMs in a serial configuration:
662
663     .. code-block:: console
664
665        +----------------------+  +----------------------+
666        |   1st VM             |  |   2nd VM             |
667        |   +---------------+  |  |   +---------------+  |
668        |   |  Application  |  |  |   |  Application  |  |
669        |   +---------------+  |  |   +---------------+  |
670        |       ^       |      |  |       ^       |      |
671        |       |       v      |  |       |       v      |
672        |   +---------------+  |  |   +---------------+  |
673        |   | logical ports |  |  |   | logical ports |  |
674        |   |   0       1   |  |  |   |   0       1   |  |
675        +---+---------------+--+  +---+---------------+--+
676                ^       :                 ^       :
677                |       |                 |       |
678                :       v                 :       v
679        +---+---------------+---------+---------------+--+
680        |   |   0       1   |         |   3       4   |  |
681        |   | logical ports | vSwitch | logical ports |  |
682        |   +---------------+         +---------------+  |
683        |       ^       |                 ^       |      |
684        |       |       +-----------------+       v      |
685        |   +----------------------------------------+   |
686        |   |              physical ports            |   |
687        |   |      0                         1       |   |
688        +---+----------------------------------------+---+
689                   ^                         :
690                   |                         |
691                   :                         v
692        +------------------------------------------------+
693        |                                                |
694        |                traffic generator               |
695        |                                                |
696        +------------------------------------------------+
697
698   * ``pvpv[number]`` - configures scenario with VMs connected in parallel with
699     optional ``number`` of VMs. In case that ``number`` is not specified, then
700     2 VMs will be used. Multistream feature is used to route traffic to particular
701     VMs (or NIC pairs of every VM). It means, that VSPERF will enable multistream
702     feature and sets the number of streams to the number of VMs and their NIC
703     pairs. Traffic will be dispatched based on Stream Type, i.e. by UDP port,
704     IP address or MAC address.
705
706     Example of 2 VMs in a parallel configuration, where traffic is dispatched
707         based on the UDP port.
708
709     .. code-block:: console
710
711        +----------------------+  +----------------------+
712        |   1st VM             |  |   2nd VM             |
713        |   +---------------+  |  |   +---------------+  |
714        |   |  Application  |  |  |   |  Application  |  |
715        |   +---------------+  |  |   +---------------+  |
716        |       ^       |      |  |       ^       |      |
717        |       |       v      |  |       |       v      |
718        |   +---------------+  |  |   +---------------+  |
719        |   | logical ports |  |  |   | logical ports |  |
720        |   |   0       1   |  |  |   |   0       1   |  |
721        +---+---------------+--+  +---+---------------+--+
722                ^       :                 ^       :
723                |       |                 |       |
724                :       v                 :       v
725        +---+---------------+---------+---------------+--+
726        |   |   0       1   |         |   3       4   |  |
727        |   | logical ports | vSwitch | logical ports |  |
728        |   +---------------+         +---------------+  |
729        |      ^         |                 ^       :     |
730        |      |     ......................:       :     |
731        |  UDP | UDP :   |                         :     |
732        |  port| port:   +--------------------+    :     |
733        |   0  |  1  :                        |    :     |
734        |      |     :                        v    v     |
735        |   +----------------------------------------+   |
736        |   |              physical ports            |   |
737        |   |    0                               1   |   |
738        +---+----------------------------------------+---+
739                 ^                               :
740                 |                               |
741                 :                               v
742        +------------------------------------------------+
743        |                                                |
744        |                traffic generator               |
745        |                                                |
746        +------------------------------------------------+
747
748
749 PXP deployment is backward compatible with PVP deployment, where ``pvp`` is
750 an alias for ``pvvp1`` and it executes just one VM.
751
752 The number of interfaces used by VMs is defined by configuration option
753 ``GUEST_NICS_NR``. In case that more than one pair of interfaces is defined
754 for VM, then:
755
756     * for ``pvvp`` (serial) scenario every NIC pair is connected in serial
757       before connection to next VM is created
758     * for ``pvpv`` (parallel) scenario every NIC pair is directly connected
759       to the physical ports and unique traffic stream is assigned to it
760
761 Examples:
762
763     * Deployment ``pvvp10`` will start 10 VMs and connects them in series
764     * Deployment ``pvpv4`` will start 4 VMs and connects them in parallel
765     * Deployment ``pvpv1`` and GUEST_NICS_NR = [4] will start 1 VM with
766       4 interfaces and every NIC pair is directly connected to the
767       physical ports
768     * Deployment ``pvvp`` and GUEST_NICS_NR = [2, 4] will start 2 VMs;
769       1st VM will have 2 interfaces and 2nd VM 4 interfaces. These interfaces
770       will be connected in serial, i.e. traffic will flow as follows:
771       PHY1 -> VM1_1 -> VM1_2 -> VM2_1 -> VM2_2 -> VM2_3 -> VM2_4 -> PHY2
772
773 Note: In case that only 1 or more than 2 NICs are configured for VM,
774 then ``testpmd`` should be used as forwarding application inside the VM.
775 As it is able to forward traffic between multiple VM NIC pairs.
776
777 Note: In case of ``linux_bridge``, all NICs are connected to the same
778 bridge inside the VM.
779
780 VM, vSwitch, Traffic Generator Independence
781 ===========================================
782
783 VSPERF supports different VSwitches, Traffic Generators, VNFs
784 and Forwarding Applications by using standard object-oriented polymorphism:
785
786   * Support for vSwitches is implemented by a class inheriting from IVSwitch.
787   * Support for Traffic Generators is implemented by a class inheriting from
788     ITrafficGenerator.
789   * Support for VNF is implemented by a class inheriting from IVNF.
790   * Support for Forwarding Applications is implemented by a class inheriting
791     from IPktFwd.
792
793 By dealing only with the abstract interfaces the core framework can support
794 many implementations of different vSwitches, Traffic Generators, VNFs
795 and Forwarding Applications.
796
797 IVSwitch
798 --------
799
800 .. code-block:: python
801
802     class IVSwitch:
803       start(self)
804       stop(self)
805       add_switch(switch_name)
806       del_switch(switch_name)
807       add_phy_port(switch_name)
808       add_vport(switch_name)
809       get_ports(switch_name)
810       del_port(switch_name, port_name)
811       add_flow(switch_name, flow)
812       del_flow(switch_name, flow=None)
813
814 ITrafficGenerator
815 -----------------
816
817 .. code-block:: python
818
819     class ITrafficGenerator:
820       connect()
821       disconnect()
822
823       send_burst_traffic(traffic, time)
824
825       send_cont_traffic(traffic, time, framerate)
826       start_cont_traffic(traffic, time, framerate)
827       stop_cont_traffic(self):
828
829       send_rfc2544_throughput(traffic, tests, duration, lossrate)
830       start_rfc2544_throughput(traffic, tests, duration, lossrate)
831       wait_rfc2544_throughput(self)
832
833       send_rfc2544_back2back(traffic, tests, duration, lossrate)
834       start_rfc2544_back2back(traffic, , tests, duration, lossrate)
835       wait_rfc2544_back2back()
836
837 Note ``send_xxx()`` blocks whereas ``start_xxx()`` does not and must be followed by a subsequent call to ``wait_xxx()``.
838
839 IVnf
840 ----
841
842 .. code-block:: python
843
844     class IVnf:
845       start(memory, cpus,
846             monitor_path, shared_path_host,
847             shared_path_guest, guest_prompt)
848       stop()
849       execute(command)
850       wait(guest_prompt)
851       execute_and_wait (command)
852
853 IPktFwd
854 --------
855
856   .. code-block:: python
857
858     class IPktFwd:
859         start()
860         stop()
861
862
863 Controllers
864 -----------
865
866 Controllers are used in conjunction with abstract interfaces as way
867 of decoupling the control of vSwtiches, VNFs, TrafficGenerators
868 and Forwarding Applications from other components.
869
870 The controlled classes provide basic primitive operations. The Controllers
871 sequence and co-ordinate these primitive operation in to useful actions. For
872 instance the vswitch_controller_p2p can be used to bring any vSwitch (that
873 implements the primitives defined in IVSwitch) into the configuration required
874 by the Phy-to-Phy  Deployment Scenario.
875
876 In order to support a new vSwitch only a new implementation of IVSwitch needs
877 be created for the new vSwitch to be capable of fulfilling all the Deployment
878 Scenarios provided for by existing or future vSwitch Controllers.
879
880 Similarly if a new Deployment Scenario is required it only needs to be written
881 once as a new vSwitch Controller and it will immediately be capable of
882 controlling all existing and future vSwitches in to that Deployment Scenario.
883
884 Similarly the Traffic Controllers can be used to co-ordinate basic operations
885 provided by implementers of ITrafficGenerator to provide useful tests. Though
886 traffic generators generally already implement full test cases i.e. they both
887 generate suitable traffic and analyse returned traffic in order to implement a
888 test which has typically been predefined in an RFC document. However the
889 Traffic Controller class allows for the possibility of further enhancement -
890 such as iterating over tests for various packet sizes or creating new tests.
891
892 Traffic Controller's Role
893 -------------------------
894
895 .. image:: traffic_controller.png
896
897
898 Loader & Component Factory
899 --------------------------
900
901 The working of the Loader package (which is responsible for *finding* arbitrary
902 classes based on configuration data) and the Component Factory which is
903 responsible for *choosing* the correct class for a particular situation - e.g.
904 Deployment Scenario can be seen in this diagram.
905
906 .. image:: factory_and_loader.png
907
908 Routing Tables
909 ==============
910
911 Vsperf uses a standard set of routing tables in order to allow tests to easily
912 mix and match Deployment Scenarios (PVP, P2P topology), Tuple Matching and
913 Frame Modification requirements.
914
915 .. code-block:: console
916
917       +--------------+
918       |              |
919       | Table 0      |  table#0 - Match table. Flows designed to force 5 & 10
920       |              |  tuple matches go here.
921       |              |
922       +--------------+
923              |
924              |
925              v
926       +--------------+  table#1 - Routing table. Flow entries to forward
927       |              |  packets between ports goes here.
928       | Table 1      |  The chosen port is communicated to subsequent tables by
929       |              |  setting the metadata value to the egress port number.
930       |              |  Generally this table is set-up by by the
931       +--------------+  vSwitchController.
932              |
933              |
934              v
935       +--------------+  table#2 - Frame modification table. Frame modification
936       |              |  flow rules are isolated in this table so that they can
937       | Table 2      |  be turned on or off without affecting the routing or
938       |              |  tuple-matching flow rules. This allows the frame
939       |              |  modification and tuple matching required by the tests
940       |              |  in the VSWITCH PERFORMANCE FOR TELCO NFV test
941       +--------------+  specification to be independent of the Deployment
942              |          Scenario set up by the vSwitchController.
943              |
944              v
945       +--------------+
946       |              |
947       | Table 3      |  table#3 - Egress table. Egress packets on the ports
948       |              |  setup in Table 1.
949       +--------------+
950
951