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   1 .. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International
   2 .. License.
   3 .. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0
   4 .. (c) OPNFV, 2016-2017 Intel Corporation.
   5
   6 ===================================
   7 Network Services Benchmarking (NSB)
   8 ===================================
   9
  10 Abstract
  11 ========
  12
  13 .. _Yardstick: https://wiki.opnfv.org/yardstick
  14
  15 This chapter provides an overview of the NSB, a contribution to OPNFV
  16 Yardstick_ from Intel.
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  18 Overview
  19 ========
  20
  21 The goal of NSB is to Extend Yardstick to perform real world VNFs and NFVi
  22 Characterization and benchmarking with repeatable and deterministic methods.
  23
  24 The Network Service Benchmarking (NSB) extends the yardstick framework to do
  25 VNF characterization and benchmarking in three different execution
  26 environments - bare metal i.e. native Linux environment, standalone virtual
  27 environment and managed virtualized environment (e.g. Open stack etc.).
  28 It also brings in the capability to interact with external traffic generators
  29 both hardware & software based for triggering and validating the traffic
  30 according to user defined profiles.
  31
  32 NSB extension includes:
  33
  34     - Generic data models of Network Services, based on ETSI spec `ETSI GS NFV-TST 001 <http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/NFV-TST/001_099/001/01.01.01_60/gs_nfv-tst001v010101p.pdf>`_
  35
  36     - New Standalone context for VNF testing like SRIOV, OVS, OVS-DPDK etc
  37
  38     - Generic VNF configuration models and metrics implemented with Python
  39       classes
  40
  41     - Traffic generator features and traffic profiles
  42
  43         - L1-L3 state-less traffic profiles
  44
  45         - L4-L7 state-full  traffic  profiles
  46
  47         - Tunneling protocol / network overlay support
  48
  49     - Test case samples
  50
  51         - Ping
  52
  53         - Trex
  54
  55         - vPE,vCGNAT, vFirewall etc - ipv4 throughput, latency etc
  56
  57     - Traffic generators like Trex, ab/nginx, ixia, iperf etc
  58
  59     - KPIs for a given use case:
  60
  61         - System agent support for collecting NFVi KPI. This includes:
  62
  63             - CPU statistic
  64
  65             - Memory BW
  66
  67             - OVS-DPDK Stats
  68
  69         - Network KPIs,  e.g., inpackets, outpackets, thoughput, latency etc
  70
  71         - VNF KPIs, e.g., packet_in, packet_drop, packet_fwd etc
  72
  73 Architecture
  74 ============
  75
  76 The Network Service (NS) defines a set of Virtual Network Functions (VNF)
  77 connected together using NFV infrastructure.
  78
  79 The Yardstick NSB extension can support multiple VNFs created by different
  80 vendors including traffic generators. Every VNF being tested has its
  81 own data model. The Network service defines a VNF modelling on base of
  82 performed network functionality. The part of the data model is a set of the
  83 configuration parameters, number of connection points used and flavor including
  84 core and memory amount.
  85
  86 The ETSI defines a Network Service as a set of configurable VNFs working in
  87 some NFV Infrastructure connecting each other using Virtual Links available
  88 through Connection Points. The ETSI MANO specification defines a set of
  89 management entities called Network Service Descriptors (NSD) and
  90 VNF Descriptors (VNFD) that define real Network Service. The picture below
  91 makes an example how the real Network Operator use-case can map into ETSI
  92 Network service definition
  93
  94 Network Service framework performs the necessary test steps. It may involve
  95
  96     - Interacting with traffic generator and providing the inputs on traffic
  97       type / packet structure to generate the required traffic as per the
  98       test case. Traffic profiles will be used for this.
  99
 100     - Executing the commands required for the test procedure and analyses the
 101       command output for confirming whether the command got executed correctly
 102       or not. E.g. As per the test case, run the traffic for the given
 103       time period / wait for the necessary time delay
 104
 105     - Verify the test result.
 106
 107     - Validate the traffic flow from SUT
 108
 109     - Fetch the table / data from SUT and verify the value as per the test case
 110
 111     - Upload the logs from SUT onto the Test Harness server
 112
 113     - Read the KPI's provided by particular VNF
 114
 115 Components of Network Service
 116 -----------------------------
 117
 118   * *Models for Network Service benchmarking*: The Network Service benchmarking
 119     requires the proper modelling approach. The NSB provides models using Python
 120     files and defining of NSDs and VNFDs.
 121
 122   The benchmark control application being a part of OPNFV yardstick can call
 123   that python models to instantiate and configure the VNFs. Depending on
 124   infrastructure type (bare-metal or fully virtualized) that calls could be
 125   made directly or using MANO system.
 126
 127   * *Traffic generators in NSB*: Any benchmark application requires a set of
 128     traffic generator and traffic profiles defining the method in which traffic
 129     is generated.
 130
 131   The Network Service benchmarking model extends the Network Service
 132   definition with a set of Traffic Generators (TG) that are treated
 133   same way as other VNFs being a part of benchmarked network service.
 134   Same as other VNFs the traffic generator are instantiated and terminated.
 135
 136   Every traffic generator has own configuration defined as a traffic profile
 137   and a set of KPIs supported. The python models for TG is extended by
 138   specific calls to listen and generate traffic.
 139
 140   * *The stateless TREX traffic generator*: The main traffic generator used as
 141     Network Service stimulus is open source TREX tool.
 142
 143   The TREX tool can generate any kind of stateless traffic.
 144
 145   .. code-block:: console
 146
 147           +--------+      +-------+      +--------+
 148           |        |      |       |      |        |
 149           |  Trex  | ---> |  VNF  | ---> |  Trex  |
 150           |        |      |       |      |        |
 151           +--------+      +-------+      +--------+
 152
 153   Supported testcases scenarios:
 154
 155       - Correlated UDP traffic using TREX traffic generator and replay VNF.
 156
 157           - using different IMIX configuration like pure voice, pure video traffic etc
 158
 159           - using different number IP flows like 1 flow, 1K, 16K, 64K, 256K, 1M flows
 160
 161           - Using different number of rules configured like 1 rule, 1K, 10K rules
 162
 163   For UDP correlated traffic following Key Performance Indicators are collected
 164   for every combination of test case parameters:
 165
 166       - RFC2544 throughput for various loss rate defined (1% is a default)
 167
 168 Graphical Overview
 169 ==================
 170
 171 NSB Testing with yardstick framework  facilitate performance testing of various
 172 VNFs provided.
 173
 174 .. code-block:: console
 175
 176   +-----------+
 177   |           |                                                     +-----------+
 178   |   vPE     |                                                   ->|TGen Port 0|
 179   | TestCase  |                                                   | +-----------+
 180   |           |                                                   |
 181   +-----------+     +------------------+            +-------+     |
 182                     |                  | -- API --> |  VNF  | <--->
 183   +-----------+     |     Yardstick    |            +-------+     |
 184   | Test Case | --> |    NSB Testing   |                          |
 185   +-----------+     |                  |                          |
 186         |           |                  |                          |
 187         |           +------------------+                          |
 188   +-----------+                                                   | +-----------+
 189   |   Traffic |                                                   ->|TGen Port 1|
 190   |  patterns |                                                     +-----------+
 191   +-----------+
 192
 193               Figure 1: Network Service - 2 server configuration
 194
 195 VNFs supported for chracterization:
 196 -----------------------------------
 197
 198 1. CGNAPT - Carrier Grade Network Address and port Translation
 199 2. vFW - Virtual Firewall
 200 3. vACL - Access Control List
 201 4. Prox - Packet pROcessing eXecution engine:
 202     - VNF can act as Drop, Basic Forwarding (no touch),
 203       L2 Forwarding (change MAC), GRE encap/decap, Load balance based on
 204       packet fields, Symmetric load balancing
 205     - QinQ encap/decap IPv4/IPv6, ARP, QoS, Routing, Unmpls, Policing, ACL
 206 5. UDP_Replay