test_spec: Note need for 3 test ports in RFC2889 address/cache
[vswitchperf.git] / docs / to-be-reorganized / vswitchperf_ltd.rst
1 CHARACTERIZE VSWITCH PERFORMANCE FOR TELCO NFV USE CASES LEVEL TEST DESIGN
2 ==========================================================================
3
4 .. contents:: Table of Contents
5
6 1. Introduction
7 ===============
8
9 The objective of the OPNFV project titled
10 **“Characterize vSwitch Performance for Telco NFV Use Cases”**, is to
11 evaluate a virtual switch to identify its suitability for a Telco
12 Network Function Virtualization (NFV) environment. The intention of this
13 Level Test Design (LTD) document is to specify the set of tests to carry
14 out in order to objectively measure the current characteristics of a
15 virtual switch in the Network Function Virtualization Infrastructure
16 (NFVI) as well as the test pass criteria. The detailed test cases will
17 be defined in `Section 2 <#DetailsOfTheLevelTestDesign>`__, preceded by
18 the `Document identifier <#DocId>`__ and the `Scope <#Scope>`__.
19
20 This document is currently in draft form.
21
22 1.1. Document identifier
23 ------------------------
24
25 The document id will be used to uniquely
26 identify versions of the LTD. The format for the document id will be:
27 OPNFV\_vswitchperf\_LTD\_ver\_NUM\_MONTH\_YEAR\_STATUS, where by the
28 status is one of: draft, reviewed, corrected or final. The document id
29 for this version of the LTD is:
30 OPNFV\_vswitchperf\_LTD\_ver\_1.6\_Jan\_15\_DRAFT.
31
32 1.2. Scope
33 ----------
34
35 The main purpose of this project is to specify a suite of
36 performance tests in order to objectively measure the current packet
37 transfer characteristics of a virtual switch in the NFVI. The intent of
38 the project is to facilitate testing of any virtual switch. Thus, a
39 generic suite of tests shall be developed, with no hard dependencies to
40 a single implementation. In addition, the test case suite shall be
41 architecture independent.
42
43 The test cases developed in this project shall not form part of a
44 separate test framework, all of these tests may be inserted into the
45 Continuous Integration Test Framework and/or the Platform Functionality
46 Test Framework - if a vSwitch becomes a standard component of an OPNFV
47 release.
48
49 1.3. References
50 ---------------
51
52 *  `RFC 1242 Benchmarking Terminology for Network Interconnection
53    Devices <http://www.ietf.org/rfc/rfc1242.txt>`__
54 *  `RFC 2544 Benchmarking Methodology for Network Interconnect
55    Devices <http://www.ietf.org/rfc/rfc2544.txt>`__
56 *  `RFC 2285 Benchmarking Terminology for LAN Switching
57    Devices <http://www.ietf.org/rfc/rfc2285.txt>`__
58 *  `RFC 2889 Benchmarking Methodology for LAN Switching
59    Devices <http://www.ietf.org/rfc/rfc2889.txt>`__
60 *  `RFC 3918 Methodology for IP Multicast
61    Benchmarking <http://www.ietf.org/rfc/rfc3918.txt>`__
62 *  `RFC 4737 Packet Reordering
63    Metrics <http://www.ietf.org/rfc/rfc4737.txt>`__
64 *  `RFC 5481 Packet Delay Variation Applicability
65    Statement <http://www.ietf.org/rfc/rfc5481.txt>`__
66 *  `RFC 6201 Device Reset
67    Characterization <http://tools.ietf.org/html/rfc6201>`__
68
69 2. Details of the Level Test Design
70 ===================================
71
72 This section describes the features to be tested (`cf. 2.1
73 <#FeaturesToBeTested>`__), the test approach (`cf. 2.2 <#Approach>`__);
74 it also identifies the sets of test cases or scenarios (`cf. 2.3
75 <#TestIdentification>`__) along with the pass/fail criteria (`cf. 2.4
76 <#PassFail>`__) and the test deliverables (`cf. 2.5 <#TestDeliverables>`__).
77
78 2.1. Features to be tested
79 --------------------------
80
81 Characterizing virtual switches (i.e. Device Under Test (DUT) in this document)
82 includes measuring the following performance metrics:
83
84 - **Throughput** as defined by `RFC1242
85   <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1242.txt>`__: The maximum rate at which
86   **none** of the offered frames are dropped by the DUT. The maximum frame
87   rate and bit rate that can be transmitted by the DUT without any error
88   should be recorded. Note there is an equivalent bit rate and a specific
89   layer at which the payloads contribute to the bits. Errors and
90   improperly formed frames or packets are dropped.
91 - **Packet delay** introduced by the DUT and its cumulative effect on
92   E2E networks. Frame delay can be measured equivalently.
93 - **Packet delay variation**: measured from the perspective of the
94   VNF/application. Packet delay variation is sometimes called "jitter".
95   However, we will avoid the term "jitter" as the term holds different
96   meaning to different groups of people. In this document we will
97   simply use the term packet delay variation. The preferred form for this
98   metric is the PDV form of delay variation defined in `RFC5481
99   <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5481.txt>`__. The most relevant 
100   measurement of PDV considers the delay variation of a single user flow,
101   as this will be relevant to the size of end-system buffers to compensate
102   for delay variation. The measurement system's ability to store the 
103   delays of individual packets in the flow of interest is a key factor 
104   that determines the specific measurement method. At the outset, it is 
105   ideal to view the complete PDV distribution. Systems that can capture
106   and store packets and their delays have the freedom to calculate the 
107   reference minimum delay and to determine various quantiles of the PDV
108   distribution accurately (in post-measurement processing routines). 
109   Systems without storage must apply algorithms to calculate delay and
110   statistical measurements on the fly. For example, a system may store 
111   temporary estimates of the mimimum delay and the set of (100) packets 
112   with the longest delays during measurement (to calculate a high quantile,
113   and update these sets with new values periodically. 
114   In some cases, a limited number of delay histogram bins will be 
115   available, and the bin limits will need to be set using results from
116   repeated experiments. See section 8 of `RFC5481
117   <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5481.txt>`__.
118 - **Packet loss** (within a configured waiting time at the receiver): All
119   packets sent to the DUT should be accounted for.
120 - **Burst behaviour**: measures the ability of the DUT to buffer packets.
121 - **Packet re-ordering**: measures the ability of the device under test to
122   maintain sending order throughout transfer to the destination.
123 - **Packet correctness**: packets or Frames must be well-formed, in that
124   they include all required fields, conform to length requirements, pass
125   integrity checks, etc.
126 - **Availability and capacity** of the DUT i.e. when the DUT is fully “up”
127   and connected:
128
129   - Includes power consumption of the CPU (in various power states) and
130     system.
131   - Includes CPU utilization.
132   - Includes the number of NIC interfaces supported.
133   - Includes headroom of VM workload processing cores (i.e. available
134     for applications).
135
136
137 2.2. Approach
138 ==============
139
140 In order to determine the packet transfer characteristics of a virtual
141 switch, the tests will be broken down into the following categories:
142
143 2.2.1 Test Categories
144 ----------------------
145 - **Throughput Tests** to measure the maximum forwarding rate (in
146   frames per second or fps) and bit rate (in Mbps) for a constant load
147   (as defined by `RFC1242 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1242.txt>`__)
148   without traffic loss.
149 - **Packet and Frame Delay Tests** to measure average, min and max
150   packet and frame delay for constant loads.
151 - **Stream Performance Tests** (TCP, UDP) to measure bulk data transfer
152   performance, i.e. how fast systems can send and receive data through
153   the switch.
154 - **Request/Response Performance** Tests (TCP, UDP) the measure the
155   transaction rate through the switch.
156 - **Packet Delay Tests** to understand latency distribution for
157   different packet sizes and over an extended test run to uncover
158   outliers.
159 - **Scalability Tests** to understand how the virtual switch performs
160   as the number of flows, active ports, complexity of the forwarding
161   logic's configuration... it has to deal with increases.
162 - **Control Path and Datapath Coupling** Tests, to understand how
163   closely coupled the datapath and the control path are as well as the
164   effect of this coupling on the performance of the DUT.
165 - **CPU and Memory Consumption Tests** to understand the virtual
166   switch’s footprint on the system, this includes:
167
168   * CPU utilization
169   * Cache utilization
170   * Memory footprint
171   * Time To Establish Flows Tests.
172
173 - **Noisy Neighbour Tests**, to understand the effects of resource
174   sharing on the performance of a virtual switch.
175
176 **Note:** some of the tests above can be conducted simultaneously where
177 the combined results would be insightful, for example Packet/Frame Delay
178 and Scalability.
179
180 2.2.2 Deployment Scenarios
181 --------------------------
182 The following represents possible deployments which can help to
183 determine the performance of both the virtual switch and the datapath
184 into the VNF:
185
186 Physical port → vSwitch → physical port
187 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
188   .. code-block:: console
189
190                                                             _
191        +--------------------------------------------------+  |
192        |              +--------------------+              |  |
193        |              |                    |              |  |
194        |              |                    v              |  |  Host
195        |   +--------------+            +--------------+   |  |
196        |   |   phy port   |  vSwitch   |   phy port   |   |  |
197        +---+--------------+------------+--------------+---+ _|
198                   ^                           :
199                   |                           |
200                   :                           v
201        +--------------------------------------------------+
202        |                                                  |
203        |                traffic generator                 |
204        |                                                  |
205        +--------------------------------------------------+
206
207
208 Physical port → vSwitch → VNF → vSwitch → physical port
209 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
210   .. code-block:: console
211
212                                                              _
213        +---------------------------------------------------+  |
214        |                                                   |  |
215        |   +-------------------------------------------+   |  |
216        |   |                 Application               |   |  |
217        |   +-------------------------------------------+   |  |
218        |       ^                                  :        |  |
219        |       |                                  |        |  |  Guest
220        |       :                                  v        |  |
221        |   +---------------+           +---------------+   |  |
222        |   | logical port 0|           | logical port 1|   |  |
223        +---+---------------+-----------+---------------+---+ _|
224                ^                                  :
225                |                                  |
226                :                                  v         _
227        +---+---------------+----------+---------------+---+  |
228        |   | logical port 0|          | logical port 1|   |  |
229        |   +---------------+          +---------------+   |  |
230        |       ^                                  :       |  |
231        |       |                                  |       |  |  Host
232        |       :                                  v       |  |
233        |   +--------------+            +--------------+   |  |
234        |   |   phy port   |  vSwitch   |   phy port   |   |  |
235        +---+--------------+------------+--------------+---+ _|
236                   ^                           :
237                   |                           |
238                   :                           v
239        +--------------------------------------------------+
240        |                                                  |
241        |                traffic generator                 |
242        |                                                  |
243        +--------------------------------------------------+
244
245
246 Physical port → vSwitch → VNF → vSwitch → VNF → vSwitch → physical port
247 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
248
249   .. code-block:: console
250
251                                                        _
252     +----------------------+  +----------------------+  |
253     |   Guest 1            |  |   Guest 2            |  |
254     |   +---------------+  |  |   +---------------+  |  |
255     |   |  Application  |  |  |   |  Application  |  |  |
256     |   +---------------+  |  |   +---------------+  |  |
257     |       ^       |      |  |       ^       |      |  |
258     |       |       v      |  |       |       v      |  |  Guests
259     |   +---------------+  |  |   +---------------+  |  |
260     |   | logical ports |  |  |   | logical ports |  |  |
261     |   |   0       1   |  |  |   |   0       1   |  |  |
262     +---+---------------+--+  +---+---------------+--+ _|
263             ^       :                 ^       :
264             |       |                 |       |
265             :       v                 :       v        _
266     +---+---------------+---------+---------------+--+  |
267     |   |   0       1   |         |   3       4   |  |  |
268     |   | logical ports |         | logical ports |  |  |
269     |   +---------------+         +---------------+  |  |
270     |       ^       |                 ^       |      |  |  Host
271     |       |       L-----------------+       v      |  |
272     |   +--------------+          +--------------+   |  |
273     |   |   phy ports  | vSwitch  |   phy ports  |   |  |
274     +---+--------------+----------+--------------+---+ _|
275             ^       ^                 :       :
276             |       |                 |       |
277             :       :                 v       v
278     +--------------------------------------------------+
279     |                                                  |
280     |                traffic generator                 |
281     |                                                  |
282     +--------------------------------------------------+
283
284
285 Physical port → vSwitch → VNF
286 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
287
288   .. code-block:: console
289
290                                                           _
291     +---------------------------------------------------+  |
292     |                                                   |  |
293     |   +-------------------------------------------+   |  |
294     |   |                 Application               |   |  |
295     |   +-------------------------------------------+   |  |
296     |       ^                                           |  |
297     |       |                                           |  |  Guest
298     |       :                                           |  |
299     |   +---------------+                               |  |
300     |   | logical port 0|                               |  |
301     +---+---------------+-------------------------------+ _|
302             ^
303             |
304             :                                            _
305     +---+---------------+------------------------------+  |
306     |   | logical port 0|                              |  |
307     |   +---------------+                              |  |
308     |       ^                                          |  |
309     |       |                                          |  |  Host
310     |       :                                          |  |
311     |   +--------------+                               |  |
312     |   |   phy port   |  vSwitch                      |  |
313     +---+--------------+------------ -------------- ---+ _|
314                ^
315                |
316                :
317     +--------------------------------------------------+
318     |                                                  |
319     |                traffic generator                 |
320     |                                                  |
321     +--------------------------------------------------+
322
323 VNF → vSwitch → physical port
324 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
325
326   .. code-block:: console
327
328                                                           _
329     +---------------------------------------------------+  |
330     |                                                   |  |
331     |   +-------------------------------------------+   |  |
332     |   |                 Application               |   |  |
333     |   +-------------------------------------------+   |  |
334     |                                          :        |  |
335     |                                          |        |  |  Guest
336     |                                          v        |  |
337     |                               +---------------+   |  |
338     |                               | logical port  |   |  |
339     +-------------------------------+---------------+---+ _|
340                                                :
341                                                |
342                                                v         _
343     +------------------------------+---------------+---+  |
344     |                              | logical port  |   |  |
345     |                              +---------------+   |  |
346     |                                          :       |  |
347     |                                          |       |  |  Host
348     |                                          v       |  |
349     |                               +--------------+   |  |
350     |                     vSwitch   |   phy port   |   |  |
351     +-------------------------------+--------------+---+ _|
352                                            :
353                                            |
354                                            v
355     +--------------------------------------------------+
356     |                                                  |
357     |                traffic generator                 |
358     |                                                  |
359     +--------------------------------------------------+
360
361 VNF → vSwitch → VNF → vSwitch
362 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
363
364   .. code-block:: console
365
366                                                              _
367     +-------------------------+  +-------------------------+  |
368     |   Guest 1               |  |   Guest 2               |  |
369     |   +-----------------+   |  |   +-----------------+   |  |
370     |   |   Application   |   |  |   |   Application   |   |  |
371     |   +-----------------+   |  |   +-----------------+   |  |
372     |                :        |  |       ^                 |  |
373     |                |        |  |       |                 |  |  Guest
374     |                v        |  |       :                 |  |
375     |     +---------------+   |  |   +---------------+     |  |
376     |     | logical port 0|   |  |   | logical port 0|     |  |
377     +-----+---------------+---+  +---+---------------+-----+ _|
378                     :                    ^
379                     |                    |
380                     v                    :                    _
381     +----+---------------+------------+---------------+-----+  |
382     |    |     port 0    |            |     port 1    |     |  |
383     |    +---------------+            +---------------+     |  |
384     |              :                    ^                   |  |
385     |              |                    |                   |  |  Host
386     |              +--------------------+                   |  |
387     |                                                       |  |
388     |                     vswitch                           |  |
389     +-------------------------------------------------------+ _|
390
391 HOST 1(Physical port → virtual switch → VNF → virtual switch →
392 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
393 Physical port) → HOST 2(Physical port → virtual switch → VNF →
394 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
395 virtual switch → Physical port)
396 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
397
398   .. code-block:: console
399
400                                                        _
401     +----------------------+  +----------------------+  |
402     |   Guest 1            |  |   Guest 2            |  |
403     |   +---------------+  |  |   +---------------+  |  |
404     |   |  Application  |  |  |   |  Application  |  |  |
405     |   +---------------+  |  |   +---------------+  |  |
406     |       ^       |      |  |       ^       |      |  |
407     |       |       v      |  |       |       v      |  |  Guests
408     |   +---------------+  |  |   +---------------+  |  |
409     |   | logical ports |  |  |   | logical ports |  |  |
410     |   |   0       1   |  |  |   |   0       1   |  |  |
411     +---+---------------+--+  +---+---------------+--+ _|
412             ^       :                 ^       :
413             |       |                 |       |
414             :       v                 :       v        _
415     +---+---------------+--+  +---+---------------+--+  |
416     |   |   0       1   |  |  |   |   3       4   |  |  |
417     |   | logical ports |  |  |   | logical ports |  |  |
418     |   +---------------+  |  |   +---------------+  |  |
419     |       ^       |      |  |       ^       |      |  |  Hosts
420     |       |       v      |  |       |       v      |  |
421     |   +--------------+   |  |   +--------------+   |  |
422     |   |   phy ports  |   |  |   |   phy ports  |   |  |
423     +---+--------------+---+  +---+--------------+---+ _|
424             ^       :                 :       :
425             |       +-----------------+       |
426             :                                 v
427     +--------------------------------------------------+
428     |                                                  |
429     |                traffic generator                 |
430     |                                                  |
431     +--------------------------------------------------+
432
433
434
435 **Note:** For tests where the traffic generator and/or measurement
436 receiver are implemented on VM and connected to the virtual switch
437 through vNIC, the issues of shared resources and interactions between
438 the measurement devices and the device under test must be considered.
439
440 **Note:** Some RFC 2889 tests require a full-mesh sending and receiving
441 pattern involving more than two ports. This possibility is illustrated in the
442 Physical port → vSwitch → VNF → vSwitch → VNF → vSwitch → physical port
443 diagram above (with 2 sending and 2 receiving ports, though all ports
444 could be used bi-directionally).
445
446 **Note:** When Deployment Scenarios are used in RFC 2889 address learning
447 or cache capacity testing, an additional port from the vSwitch must be
448 connected to the test device. This port is used to listen for flooded
449 frames.
450
451 2.2.3 General Methodology:
452 --------------------------
453 To establish the baseline performance of the virtual switch, tests would
454 initially be run with a simple workload in the VNF (the recommended
455 simple workload VNF would be `DPDK <http://www.dpdk.org/>`__'s testpmd
456 application forwarding packets in a VM or vloop\_vnf a simple kernel
457 module that forwards traffic between two network interfaces inside the
458 virtualized environment while bypassing the networking stack).
459 Subsequently, the tests would also be executed with a real Telco
460 workload running in the VNF, which would exercise the virtual switch in
461 the context of higher level Telco NFV use cases, and prove that its
462 underlying characteristics and behaviour can be measured and validated.
463 Suitable real Telco workload VNFs are yet to be identified.
464
465 2.2.3.1 Default Test Parameters
466 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
467
468 The following list identifies the default parameters for suite of
469 tests:
470
471 -  Reference application: Simple forwarding or Open Source VNF.
472 -  Frame size (bytes): 64, 128, 256, 512, 1024, 1280, 1518, 2K, 4k OR
473    Packet size based on use-case (e.g. RTP 64B, 256B) OR Mix of packet sizes as
474    maintained by the Functest project <https://wiki.opnfv.org/traffic_profile_management>.
475 -  Reordering check: Tests should confirm that packets within a flow are
476    not reordered.
477 -  Duplex: Unidirectional / Bidirectional. Default: Full duplex with
478    traffic transmitting in both directions, as network traffic generally
479    does not flow in a single direction. By default the data rate of
480    transmitted traffic should be the same in both directions, please
481    note that asymmetric traffic (e.g. downlink-heavy) tests will be
482    mentioned explicitly for the relevant test cases.
483 -  Number of Flows: Default for non scalability tests is a single flow.
484    For scalability tests the goal is to test with maximum supported
485    flows but where possible will test up to 10 Million flows. Start with
486    a single flow and scale up. By default flows should be added
487    sequentially, tests that add flows simultaneously will explicitly
488    call out their flow addition behaviour. Packets are generated across
489    the flows uniformly with no burstiness.
490 -  Traffic Types: UDP, SCTP, RTP, GTP and UDP traffic.
491 -  Deployment scenarios are:
492 -  Physical → virtual switch → physical.
493 -  Physical → virtual switch → VNF → virtual switch → physical.
494 -  Physical → virtual switch → VNF → virtual switch → VNF → virtual
495    switch → physical.
496 -  Physical → virtual switch → VNF.
497 -  VNF → virtual switch → Physical.
498 -  VNF → virtual switch → VNF.
499
500 Tests MUST have these parameters unless otherwise stated. **Test cases
501 with non default parameters will be stated explicitly**.
502
503 **Note**: For throughput tests unless stated otherwise, test
504 configurations should ensure that traffic traverses the installed flows
505 through the switch, i.e. flows are installed and have an appropriate
506 time out that doesn't expire before packet transmission starts.
507
508 2.2.3.2 Flow Classification
509 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
510
511 Virtual switches classify packets into flows by processing and matching
512 particular header fields in the packet/frame and/or the input port where
513 the packets/frames arrived. The vSwitch then carries out an action on
514 the group of packets that match the classification parameters. Thus a
515 flow is considered to be a sequence of packets that have a shared set of
516 header field values or have arrived on the same port and have the same
517 action applied to them. Performance results can vary based on the
518 parameters the vSwitch uses to match for a flow. The recommended flow
519 classification parameters for L3 vSwitch performance tests are: the
520 input port, the source IP address, the destination IP address and the
521 Ethernet protocol type field. It is essential to increase the flow
522 time-out time on a vSwitch before conducting any performance tests that
523 do not measure the flow set-up time. Normally the first packet of a
524 particular flow will install the flow in the vSwitch which adds an
525 additional latency, subsequent packets of the same flow are not subject
526 to this latency if the flow is already installed on the vSwitch.
527
528 2.2.3.3 Test Priority
529 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
530
531 Tests will be assigned a priority in order to determine which tests
532 should be implemented immediately and which tests implementations
533 can be deferred.
534
535 Priority can be of following types: - Urgent: Must be implemented
536 immediately. - High: Must be implemented in the next release. - Medium:
537 May be implemented after the release. - Low: May or may not be
538 implemented at all.
539
540 2.2.3.4 SUT Setup
541 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
542
543 The SUT should be configured to its "default" state. The
544 SUT's configuration or set-up must not change between tests in any way
545 other than what is required to do the test. All supported protocols must
546 be configured and enabled for each test set up.
547
548 2.2.3.4.1 Port Configuration
549 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
550
551 The DUT should be configured with n ports where
552 n is a multiple of 2. Half of the ports on the DUT should be used as
553 ingress ports and the other half of the ports on the DUT should be used
554 as egress ports. Where a DUT has more than 2 ports, the ingress data
555 streams should be set-up so that they transmit packets to the egress
556 ports in sequence so that there is an even distribution of traffic
557 across ports. For example, if a DUT has 4 ports 0(ingress), 1(ingress),
558 2(egress) and 3(egress), the traffic stream directed at port 0 should
559 output a packet to port 2 followed by a packet to port 3. The traffic
560 stream directed at port 1 should also output a packet to port 2 followed
561 by a packet to port 3.
562
563 2.2.3.4.2 Frame Formats
564 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
565
566 Frame formats Layer 2 (data link layer) protocols
567 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
568 -  Ethernet II
569
570   .. code-block:: console
571
572      +---------------------+--------------------+-----------+
573      |   Ethernet Header   |       Payload      | Check Sum |
574      +---------------------+--------------------+-----------+
575      |_____________________|____________________|___________|
576            14 Bytes            46 - 1500 Bytes      4 Bytes
577
578 Layer 3 (network layer) protocols
579 ++++++++++++++++++++++++++++++++++
580
581 -  IPv4
582
583   .. code-block:: console
584
585      +---------------------+--------------------+--------------------+-----------+
586      |   Ethernet Header   |      IP Header     |       Payload      | Check Sum |
587      +---------------------+--------------------+--------------------+-----------+
588      |_____________________|____________________|____________________|___________|
589            14 Bytes            20 bytes             26 - 1480 Bytes      4 Bytes
590
591 -  IPv6
592
593   .. code-block:: console
594
595      +---------------------+--------------------+--------------------+-----------+
596      |   Ethernet Header   |      IP Header     |       Payload      | Check Sum |
597      +---------------------+--------------------+--------------------+-----------+
598      |_____________________|____________________|____________________|___________|
599            14 Bytes            40 bytes             26 - 1460 Bytes      4 Bytes
600
601 Layer 4 (transport layer) protocols
602 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++
603   - TCP
604   - UDP
605   - SCTP
606
607   .. code-block:: console
608
609      +---------------------+--------------------+-----------------+--------------------+-----------+
610      |   Ethernet Header   |      IP Header     | Layer 4 Header  |       Payload      | Check Sum |
611      +---------------------+--------------------+-----------------+--------------------+-----------+
612      |_____________________|____________________|_________________|____________________|___________|
613            14 Bytes            40 bytes               20 Bytes       6 - 1460 Bytes      4 Bytes
614
615 Layer 5 (application layer) protocols
616 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++
617   - RTP
618   - GTP
619
620   .. code-block:: console
621
622      +---------------------+--------------------+-----------------+--------------------+-----------+
623      |   Ethernet Header   |      IP Header     | Layer 4 Header  |       Payload      | Check Sum |
624      +---------------------+--------------------+-----------------+--------------------+-----------+
625      |_____________________|____________________|_________________|____________________|___________|
626            14 Bytes            20 bytes               20 Bytes         Min 6 Bytes       4 Bytes
627
628
629 2.2.3.4.3 Packet Throughput
630 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
631 There is a difference between an Ethernet frame,
632 an IP packet, and a UDP datagram. In the seven-layer OSI model of
633 computer networking, packet refers to a data unit at layer 3 (network
634 layer). The correct term for a data unit at layer 2 (data link layer) is
635 a frame, and at layer 4 (transport layer) is a segment or datagram.
636
637 Important concepts related to 10GbE performance are frame rate and
638 throughput. The MAC bit rate of 10GbE, defined in the IEEE standard 802
639 .3ae, is 10 billion bits per second. Frame rate is based on the bit rate
640 and frame format definitions. Throughput, defined in IETF RFC 1242, is
641 the highest rate at which the system under test can forward the offered
642 load, without loss.
643
644 The frame rate for 10GbE is determined by a formula that divides the 10
645 billion bits per second by the preamble + frame length + inter-frame
646 gap.
647
648 The maximum frame rate is calculated using the minimum values of the
649 following parameters, as described in the IEEE 802 .3ae standard:
650
651 -  Preamble: 8 bytes \* 8 = 64 bits
652 -  Frame Length: 64 bytes (minimum) \* 8 = 512 bits
653 -  Inter-frame Gap: 12 bytes (minimum) \* 8 = 96 bits
654
655 Therefore, Maximum Frame Rate (64B Frames)
656 = MAC Transmit Bit Rate / (Preamble + Frame Length + Inter-frame Gap)
657 = 10,000,000,000 / (64 + 512 + 96)
658 = 10,000,000,000 / 672
659 = 14,880,952.38 frame per second (fps)
660
661 2.2.3.4.4 System isolation and validation
662 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
663
664 A key consideration when conducting any sort of benchmark is trying to
665 ensure the consistency and repeatability of test results between runs.
666 When benchmarking the performance of a virtual switch there are many
667 factors that can affect the consistency of results. This section
668 describes these factors and the measures that can be taken to limit
669 their effects. In addition, this section will outline some system tests
670 to validate the platform and the VNF before conducting any vSwitch
671 benchmarking tests.
672
673 System Isolation
674 ++++++++++++++++
675 When conducting a benchmarking test on any SUT, it is essential to limit
676 (and if reasonable, eliminate) any noise that may interfere with the
677 accuracy of the metrics collected by the test. This noise may be
678 introduced by other hardware or software (OS, other applications), and
679 can result in significantly varying performance metrics being collected
680 between consecutive runs of the same test. In the case of characterizing
681 the performance of a virtual switch, there are a number of configuration
682 parameters that can help increase the repeatability and stability of
683 test results, including:
684
685 -  OS/GRUB configuration:
686
687    -  maxcpus = n where n >= 0; limits the kernel to using 'n'
688       processors. Only use exactly what you need.
689    -  isolcpus: Isolate CPUs from the general scheduler. Isolate all
690       CPUs bar one which will be used by the OS.
691    -  use taskset to affinitize the forwarding application and the VNFs
692       onto isolated cores. VNFs and the vSwitch should be allocated
693       their own cores, i.e. must not share the same cores. vCPUs for the
694       VNF should be affinitized to individual cores also.
695    -  Limit the amount of background applications that are running and
696       set OS to boot to runlevel 3. Make sure to kill any unnecessary
697       system processes/daemons.
698    -  Only enable hardware that you need to use for your test – to
699       ensure there are no other interrupts on the system.
700    -  Configure NIC interrupts to only use the cores that are not
701       allocated to any other process (VNF/vSwitch).
702
703 -  NUMA configuration: Any unused sockets in a multi-socket system
704    should be disabled.
705 -  CPU pinning: The vSwitch and the VNF should each be affinitized to
706    separate logical cores using a combination of maxcpus, isolcpus and
707    taskset.
708 -  BIOS configuration: BIOS should be configured for performance where
709    an explicit option exists, sleep states should be disabled, any
710    virtualization optimization technologies should be enabled, and
711    hyperthreading should also be enabled.
712
713 System Validation
714 +++++++++++++++++
715 System validation is broken down into two sub-categories: Platform
716 validation and VNF validation. The validation test itself involves
717 verifying the forwarding capability and stability for the sub-system
718 under test. The rationale behind system validation is two fold. Firstly
719 to give a tester confidence in the stability of the platform or VNF that
720 is being tested; and secondly to provide base performance comparison
721 points to understand the overhead introduced by the virtual switch.
722
723 * Benchmark platform forwarding capability: This is an OPTIONAL test
724   used to verify the platform and measure the base performance (maximum
725   forwarding rate in fps and latency) that can be achieved by the
726   platform without a vSwitch or a VNF. The following diagram outlines
727   the set-up for benchmarking Platform forwarding capability:
728
729   .. code-block:: console
730
731                                                             __
732        +--------------------------------------------------+   |
733        |   +------------------------------------------+   |   |
734        |   |                                          |   |   |
735        |   |          l2fw or DPDK L2FWD app          |   |  Host
736        |   |                                          |   |   |
737        |   +------------------------------------------+   |   |
738        |   |                 NIC                      |   |   |
739        +---+------------------------------------------+---+ __|
740                   ^                           :
741                   |                           |
742                   :                           v
743        +--------------------------------------------------+
744        |                                                  |
745        |                traffic generator                 |
746        |                                                  |
747        +--------------------------------------------------+
748
749 * Benchmark VNF forwarding capability: This test is used to verify
750   the VNF and measure the base performance (maximum forwarding rate in
751   fps and latency) that can be achieved by the VNF without a vSwitch.
752   The performance metrics collected by this test will serve as a key
753   comparison point for NIC passthrough technologies and vSwitches. VNF
754   in this context refers to the hypervisor and the VM. The following
755   diagram outlines the set-up for benchmarking VNF forwarding
756   capability:
757
758   .. code-block:: console
759
760                                                             __
761        +--------------------------------------------------+   |
762        |   +------------------------------------------+   |   |
763        |   |                                          |   |   |
764        |   |                 VNF                      |   |   |
765        |   |                                          |   |   |
766        |   +------------------------------------------+   |   |
767        |   |          Passthrough/SR-IOV              |   |  Host
768        |   +------------------------------------------+   |   |
769        |   |                 NIC                      |   |   |
770        +---+------------------------------------------+---+ __|
771                   ^                           :
772                   |                           |
773                   :                           v
774        +--------------------------------------------------+
775        |                                                  |
776        |                traffic generator                 |
777        |                                                  |
778        +--------------------------------------------------+
779
780
781 Methodology to benchmark Platform/VNF forwarding capability
782 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
783
784 The recommended methodology for the platform/VNF validation and
785 benchmark is: - Run `RFC2889 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2289.txt>`__
786 Maximum Forwarding Rate test, this test will produce maximum
787 forwarding rate and latency results that will serve as the
788 expected values. These expected values can be used in
789 subsequent steps or compared with in subsequent validation tests. -
790 Transmit bidirectional traffic at line rate/max forwarding rate
791 (whichever is higher) for at least 72 hours, measure throughput (fps)
792 and latency. - Note: Traffic should be bidirectional. - Establish a
793 baseline forwarding rate for what the platform can achieve. - Additional
794 validation: After the test has completed for 72 hours run bidirectional
795 traffic at the maximum forwarding rate once more to see if the system is
796 still functional and measure throughput (fps) and latency. Compare the
797 measure the new obtained values with the expected values.
798
799 **NOTE 1**: How the Platform is configured for its forwarding capability
800 test (BIOS settings, GRUB configuration, runlevel...) is how the
801 platform should be configured for every test after this
802
803 **NOTE 2**: How the VNF is configured for its forwarding capability test
804 (# of vCPUs, vNICs, Memory, affinitization…) is how it should be
805 configured for every test that uses a VNF after this.
806
807 2.2.4 RFCs for testing switch performance
808 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
809
810 The starting point for defining the suite of tests for benchmarking the
811 performance of a virtual switch is to take existing RFCs and standards
812 that were designed to test their physical counterparts and adapting them
813 for testing virtual switches. The rationale behind this is to establish
814 a fair comparison between the performance of virtual and physical
815 switches. This section outlines the RFCs that are used by this
816 specification.
817
818 RFC 1242 Benchmarking Terminology for Network Interconnection
819 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
820 Devices RFC 1242 defines the terminology that is used in describing
821 performance benchmarking tests and their results. Definitions and
822 discussions covered include: Back-to-back, bridge, bridge/router,
823 constant load, data link frame size, frame loss rate, inter frame gap,
824 latency, and many more.
825
826 RFC 2544 Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices
827 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
828 RFC 2544 outlines a benchmarking methodology for network Interconnect
829 Devices. The methodology results in performance metrics such as latency,
830 frame loss percentage, and maximum data throughput.
831
832 In this document network “throughput” (measured in millions of frames
833 per second) is based on RFC 2544, unless otherwise noted. Frame size
834 refers to Ethernet frames ranging from smallest frames of 64 bytes to
835 largest frames of 4K bytes.
836
837 Types of tests are:
838
839 1. Throughput test defines the maximum number of frames per second
840    that can be transmitted without any error.
841
842 2. Latency test measures the time required for a frame to travel from
843    the originating device through the network to the destination device.
844    Please note that RFC2544 Latency measurement will be superseded with
845    a measurement of average latency over all successfully transferred
846    packets or frames.
847
848 3. Frame loss test measures the network’s
849    response in overload conditions - a critical indicator of the
850    network’s ability to support real-time applications in which a
851    large amount of frame loss will rapidly degrade service quality.
852
853 4. Burst test assesses the buffering capability of a switch. It
854    measures the maximum number of frames received at full line rate
855    before a frame is lost. In carrier Ethernet networks, this
856    measurement validates the excess information rate (EIR) as defined in
857    many SLAs.
858
859 5. System recovery to characterize speed of recovery from an overload
860    condition.
861
862 6. Reset to characterize speed of recovery from device or software
863    reset. This type of test has been updated by `RFC6201 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6201.txt>`__ as such,
864    the methodology defined by this specification will be that of RFC 6201.
865
866 Although not included in the defined RFC 2544 standard, another crucial
867 measurement in Ethernet networking is packet delay variation. The
868 definition set out by this specification comes from
869 `RFC5481 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5481.txt>`__.
870
871 RFC 2285 Benchmarking Terminology for LAN Switching Devices
872 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
873 RFC 2285 defines the terminology that is used to describe the
874 terminology for benchmarking a LAN switching device. It extends RFC
875 1242 and defines: DUTs, SUTs, Traffic orientation and distribution,
876 bursts, loads, forwarding rates, etc.
877
878 RFC 2889 Benchmarking Methodology for LAN Switching
879 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
880 RFC 2889 outlines a benchmarking methodology for LAN switching, it
881 extends RFC 2544. The outlined methodology gathers performance
882 metrics for forwarding, congestion control, latency, address handling
883 and finally filtering.
884
885 RFC 3918 Methodology for IP Multicast Benchmarking
886 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
887 RFC 3918 outlines a methodology for IP Multicast benchmarking.
888
889 RFC 4737 Packet Reordering Metrics
890 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
891 RFC 4737 describes metrics for identifying and counting re-ordered
892 packets within a stream, and metrics to measure the extent each
893 packet has been re-ordered.
894
895 RFC 5481 Packet Delay Variation Applicability Statement
896 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
897 RFC 5481 defined two common, but different forms of delay variation
898 metrics, and compares the metrics over a range of networking
899 circumstances and tasks. The most suitable form for vSwitch
900 benchmarking is the "PDV" form.
901
902 RFC 6201 Device Reset Characterization
903 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
904 RFC 6201 extends the methodology for characterizing the speed of
905 recovery of the DUT from device or software reset described in RFC
906 2544.
907
908 2.2.5 Details of the Test Report
909 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
910
911 There are a number of parameters related to the system, DUT and tests
912 that can affect the repeatability of a test results and should be
913 recorded. In order to minimise the variation in the results of a test,
914 it is recommended that the test report includes the following information:
915
916 -  Hardware details including:
917
918    -  Platform details.
919    -  Processor details.
920    -  Memory information (see below)
921    -  Number of enabled cores.
922    -  Number of cores used for the test.
923    -  Number of physical NICs, as well as their details (manufacturer,
924       versions, type and the PCI slot they are plugged into).
925    -  NIC interrupt configuration.
926    -  BIOS version, release date and any configurations that were
927       modified.
928
929 -  Software details including:
930
931    -  OS version (for host and VNF)
932    -  Kernel version (for host and VNF)
933    -  GRUB boot parameters (for host and VNF).
934    -  Hypervisor details (Type and version).
935    -  Selected vSwitch, version number or commit id used.
936    -  vSwitch launch command line if it has been parameterised.
937    -  Memory allocation to the vSwitch – which NUMA node it is using,
938       and how many memory channels.
939    -  Where the vswitch is built from source: compiler details including
940       versions and the flags that were used to compile the vSwitch.
941    -  DPDK or any other SW dependency version number or commit id used.
942    -  Memory allocation to a VM - if it's from Hugpages/elsewhere.
943    -  VM storage type: snapshot/independent persistent/independent
944       non-persistent.
945    -  Number of VMs.
946    -  Number of Virtual NICs (vNICs), versions, type and driver.
947    -  Number of virtual CPUs and their core affinity on the host.
948    -  Number vNIC interrupt configuration.
949    -  Thread affinitization for the applications (including the vSwitch
950       itself) on the host.
951    -  Details of Resource isolation, such as CPUs designated for
952       Host/Kernel (isolcpu) and CPUs designated for specific processes
953       (taskset).
954
955 -  Memory Details
956
957    -  Total memory
958    -  Type of memory
959    -  Used memory
960    -  Active memory
961    -  Inactive memory
962    -  Free memory
963    -  Buffer memory
964    -  Swap cache
965    -  Total swap
966    -  Used swap
967    -  Free swap
968
969 -  Test duration.
970 -  Number of flows.
971 -  Traffic Information:
972
973    -  Traffic type - UDP, TCP, IMIX / Other.
974    -  Packet Sizes.
975
976 -  Deployment Scenario.
977
978 **Note**: Tests that require additional parameters to be recorded will
979 explicitly specify this.
980
981 2.3. Test identification
982 ------------------------
983 2.3.1 Throughput tests
984 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
985 The following tests aim to determine the maximum forwarding rate that
986 can be achieved with a virtual switch. The list is not exhaustive but
987 should indicate the type of tests that should be required. It is
988 expected that more will be added.
989
990 Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
991 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
992     **Title**: RFC 2544 X% packet loss ratio Throughput and Latency Test
993
994     **Prerequisite Test**: N/A
995
996     **Priority**:
997
998     **Description**:
999
1000     This test determines the DUT's maximum forwarding rate with X% traffic
1001     loss for a constant load (fixed length frames at a fixed interval time).
1002     The default loss percentages to be tested are: - X = 0% - X = 10^-7%
1003
1004     Note: Other values can be tested if required by the user.
1005
1006     The selected frame sizes are those previously defined under `Default
1007     Test Parameters <#DefaultParams>`__. The test can also be used to
1008     determine the average latency of the traffic.
1009
1010     Under the `RFC2544 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2544.txt>`__
1011     test methodology, the test duration will
1012     include a number of trials; each trial should run for a minimum period
1013     of 60 seconds. A binary search methodology must be applied for each
1014     trial to obtain the final result.
1015
1016     **Expected Result**: At the end of each trial, the presence or absence
1017     of loss determines the modification of offered load for the next trial,
1018     converging on a maximum rate, or
1019     `RFC2544 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2544.txt>`__ Throughput with X% loss.
1020     The Throughput load is re-used in related
1021     `RFC2544 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2544.txt>`__ tests and other
1022     tests.
1023
1024     **Metrics Collected**:
1025
1026     The following are the metrics collected for this test:
1027
1028     -  The maximum forwarding rate in Frames Per Second (FPS) and Mbps of
1029        the DUT for each frame size with X% packet loss.
1030     -  The average latency of the traffic flow when passing through the DUT
1031        (if testing for latency, note that this average is different from the
1032        test specified in Section 26.3 of
1033        `RFC2544 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2544.txt>`__).
1034     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1035        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1036
1037 Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatioFrameModification
1038 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1039     **Title**: RFC 2544 X% packet loss Throughput and Latency Test with
1040     packet modification
1041
1042     **Prerequisite Test**: N/A
1043
1044     **Priority**:
1045
1046     **Description**:
1047
1048     This test determines the DUT's maximum forwarding rate with X% traffic
1049     loss for a constant load (fixed length frames at a fixed interval time).
1050     The default loss percentages to be tested are: - X = 0% - X = 10^-7%
1051
1052     Note: Other values can be tested if required by the user.
1053
1054     The selected frame sizes are those previously defined under `Default
1055     Test Parameters <#DefaultParams>`__. The test can also be used to
1056     determine the average latency of the traffic.
1057
1058     Under the `RFC2544 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2544.txt>`__
1059     test methodology, the test duration will
1060     include a number of trials; each trial should run for a minimum period
1061     of 60 seconds. A binary search methodology must be applied for each
1062     trial to obtain the final result.
1063
1064     During this test, the DUT must perform the following operations on the
1065     traffic flow:
1066
1067     -  Perform packet parsing on the DUT's ingress port.
1068     -  Perform any relevant address look-ups on the DUT's ingress ports.
1069     -  Modify the packet header before forwarding the packet to the DUT's
1070        egress port. Packet modifications include:
1071
1072        -  Modifying the Ethernet source or destination MAC address.
1073        -  Modifying/adding a VLAN tag. (**Recommended**).
1074        -  Modifying/adding a MPLS tag.
1075        -  Modifying the source or destination ip address.
1076        -  Modifying the TOS/DSCP field.
1077        -  Modifying the source or destination ports for UDP/TCP/SCTP.
1078        -  Modifying the TTL.
1079
1080     **Expected Result**: The Packet parsing/modifications require some
1081     additional degree of processing resource, therefore the
1082     `RFC2544 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2544.txt>`__
1083     Throughput is expected to be somewhat lower than the Throughput level
1084     measured without additional steps. The reduction is expected to be
1085     greatest on tests with the smallest packet sizes (greatest header
1086     processing rates).
1087
1088     **Metrics Collected**:
1089
1090     The following are the metrics collected for this test:
1091
1092     -  The maximum forwarding rate in Frames Per Second (FPS) and Mbps of
1093        the DUT for each frame size with X% packet loss and packet
1094        modification operations being performed by the DUT.
1095     -  The average latency of the traffic flow when passing through the DUT
1096        (if testing for latency, note that this average is different from the
1097        test specified in Section 26.3 of
1098        `RFC2544 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2544.txt>`__).
1099     -  The `RFC5481 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5481.txt>`__
1100        PDV form of delay variation on the traffic flow,
1101        using the 99th percentile.
1102     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1103        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1104
1105 Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.Profile
1106 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1107     **Title**: RFC 2544 Throughput and Latency Profile
1108
1109     **Prerequisite Test**: N/A
1110
1111     **Priority**:
1112
1113     **Description**:
1114
1115     This test reveals how throughput and latency degrades as the offered
1116     rate varies in the region of the DUT's maximum forwarding rate as
1117     determined by LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio (0% Packet Loss).
1118     For example it can be used to determine if the degradation of throughput
1119     and latency as the offered rate increases is slow and graceful or sudden
1120     and severe.
1121
1122     The selected frame sizes are those previously defined under `Default
1123     Test Parameters <#DefaultParams>`__.
1124
1125     The offered traffic rate is described as a percentage delta with respect
1126     to the DUT's maximum forwarding rate as determined by
1127     LTD.Throughput.RFC2544.PacketLoss Ratio (0% Packet Loss case). A delta
1128     of 0% is equivalent to an offered traffic rate equal to the maximum
1129     forwarding rate; A delta of +50% indicates an offered rate half-way
1130     between the maximum forwarding rate and line-rate, whereas a delta of
1131     -50% indicates an offered rate of half the maximum rate. Therefore the
1132     range of the delta figure is natuarlly bounded at -100% (zero offered
1133     traffic) and +100% (traffic offered at line rate).
1134
1135     The following deltas to the maximum forwarding rate should be applied:
1136
1137     -  -50%, -10%, 0%, +10% & +50%
1138
1139     **Expected Result**: For each packet size a profile should be produced
1140     of how throughput and latency vary with offered rate.
1141
1142     **Metrics Collected**:
1143
1144     The following are the metrics collected for this test:
1145
1146     -  The forwarding rate in Frames Per Second (FPS) and Mbps of the DUT
1147        for each delta to the maximum forwarding rate and for each frame
1148        size.
1149     -  The average latency for each delta to the maximum forwarding rate and
1150        for each frame size.
1151     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1152        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1153     -  Any failures experienced (for example if the vSwitch crashes, stops
1154        processing packets, restarts or becomes unresponsive to commands)
1155        when the offered load is above Maximum Throughput MUST be recorded
1156        and reported with the results.
1157
1158 Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.SystemRecoveryTime
1159 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1160     **Title**: RFC 2544 System Recovery Time Test
1161
1162     **Prerequisite Test** LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
1163
1164     **Priority**:
1165
1166     **Description**:
1167
1168     The aim of this test is to determine the length of time it takes the DUT
1169     to recover from an overload condition for a constant load (fixed length
1170     frames at a fixed interval time). The selected frame sizes are those
1171     previously defined under `Default Test Parameters <#DefaultParams>`__,
1172     traffic should be sent to the DUT under normal conditions. During the
1173     duration of the test and while the traffic flows are passing though the
1174     DUT, at least one situation leading to an overload condition for the DUT
1175     should occur. The time from the end of the overload condition to when
1176     the DUT returns to normal operations should be measured to determine
1177     recovery time. Prior to overloading the DUT, one should record the
1178     average latency for 10,000 packets forwarded through the DUT.
1179
1180     The overload condition SHOULD be to transmit traffic at a very high
1181     frame rate to the DUT (150% of the maximum 0% packet loss rate as
1182     determined by LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio or line-rate
1183     whichever is lower), for at least 60 seconds, then reduce the frame rate
1184     to 75% of the maximum 0% packet loss rate. A number of time-stamps
1185     should be recorded: - Record the time-stamp at which the frame rate was
1186     reduced and record a second time-stamp at the time of the last frame
1187     lost. The recovery time is the difference between the two timestamps. -
1188     Record the average latency for 10,000 frames after the last frame loss
1189     and continue to record average latency measurements for every 10,000
1190     frames, when latency returns to within 10% of pre-overload levels record
1191     the time-stamp.
1192
1193     **Expected Result**:
1194
1195     **Metrics collected**
1196
1197     The following are the metrics collected for this test:
1198
1199     -  The length of time it takes the DUT to recover from an overload
1200        condition.
1201     -  The length of time it takes the DUT to recover the average latency to
1202        pre-overload conditions.
1203
1204     **Deployment scenario**:
1205
1206     -  Physical → virtual switch → physical.
1207
1208 Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.BackToBackFrames
1209 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1210     **Title**: RFC2544 Back To Back Frames Test
1211
1212     **Prerequisite Test**: N
1213
1214     **Priority**:
1215
1216     **Description**:
1217
1218     The aim of this test is to characterize the ability of the DUT to
1219     process back-to-back frames. For each frame size previously defined
1220     under `Default Test Parameters <#DefaultParams>`__, a burst of traffic
1221     is sent to the DUT with the minimum inter-frame gap between each frame.
1222     If the number of received frames equals the number of frames that were
1223     transmitted, the burst size should be increased and traffic is sent to
1224     the DUT again. The value measured is the back-to-back value, that is the
1225     maximum burst size the DUT can handle without any frame loss.
1226
1227     **Expected Result**:
1228
1229     Tests of back-to-back frames with physical devices have produced
1230     unstable results in some cases. All tests should be repeated in multiple
1231     test sessions and results stability should be examined.
1232
1233     **Metrics collected**
1234
1235     The following are the metrics collected for this test:
1236
1237     -  The back-to-back value, which is the the number of frames in the
1238        longest burst that the DUT will handle without the loss of any
1239        frames.
1240     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1241        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1242
1243     **Deployment scenario**:
1244
1245     -  Physical → virtual switch → physical.
1246
1247 Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.Soak
1248 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1249     **Title**: RFC 2889 X% packet loss Throughput Soak Test
1250
1251     **Prerequisite Test** LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
1252
1253     **Priority**:
1254
1255     **Description**:
1256
1257     The aim of this test is to understand the Throughput stability over an
1258     extended test duration in order to uncover any outliers. To allow for an
1259     extended test duration, the test should ideally run for 24 hours or, if
1260     this is not possible, for at least 6 hours. For this test, each frame
1261     size must be sent at the highest Throughput with X% packet loss, as
1262     determined in the prerequisite test. The default loss percentages to be
1263     tested are: - X = 0% - X = 10^-7%
1264
1265     Note: Other values can be tested if required by the user.
1266
1267     **Expected Result**:
1268
1269     **Metrics Collected**:
1270
1271     The following are the metrics collected for this test:
1272
1273     -  Throughput stability of the DUT.
1274
1275        -  This means reporting the number of packets lost per time interval
1276           and reporting any time intervals with packet loss. The
1277           `RFC2889 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2289.txt>`__
1278           Forwarding Rate shall be measured in each interval.
1279           An interval of 60s is suggested.
1280
1281     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1282        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1283     -  The `RFC5481 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5481.txt>`__
1284        PDV form of delay variation on the traffic flow,
1285        using the 99th percentile.
1286
1287 Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.SoakFrameModification
1288 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1289     **Title**: RFC 2889 Throughput Soak Test with Frame Modification
1290
1291     **Prerequisite Test**: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatioFrameModification (0% Packet Loss)
1292
1293     **Priority**:
1294
1295     **Description**:
1296
1297     The aim of this test is to understand the throughput stability over an
1298     extended test duration in order to uncover any outliers. To allow for an
1299     extended test duration, the test should ideally run for 24 hours or, if
1300     this is not possible, for at least 6 hour. For this test, each frame
1301     size must be sent at the highest Throughput with 0% packet loss, as
1302     determined in the prerequisite test.
1303
1304     During this test, the DUT must perform the following operations on the
1305     traffic flow:
1306
1307     -  Perform packet parsing on the DUT's ingress port.
1308     -  Perform any relevant address look-ups on the DUT's ingress ports.
1309     -  Modify the packet header before forwarding the packet to the DUT's
1310        egress port. Packet modifications include:
1311
1312        -  Modifying the Ethernet source or destination MAC address.
1313        -  Modifying/adding a VLAN tag (**Recommended**).
1314        -  Modifying/adding a MPLS tag.
1315        -  Modifying the source or destination ip address.
1316        -  Modifying the TOS/DSCP field.
1317        -  Modifying the source or destination ports for UDP/TCP/SCTP.
1318        -  Modifying the TTL.
1319
1320     **Expected Result**:
1321
1322     **Metrics Collected**:
1323
1324     The following are the metrics collected for this test:
1325
1326     -  Throughput stability of the DUT.
1327
1328        -  This means reporting the number of packets lost per time interval
1329           and reporting any time intervals with packet loss. The
1330           `RFC2889 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2289.txt>`__
1331           Forwarding Rate shall be measured in each interval.
1332           An interval of 60s is suggested.
1333
1334     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1335        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1336     -  The `RFC5481 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5481.txt>`__ PDV form of delay variation on the traffic flow,
1337        using the 99th percentile.
1338
1339 Test ID: LTD.Throughput.RFC6201.ResetTime
1340 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1341     **Title**: RFC 6201 Reset Time Test
1342
1343     **Prerequisite Test**: N/A
1344
1345     **Priority**:
1346
1347     **Description**:
1348
1349     The aim of this test is to determine the length of time it takes the DUT
1350     to recover from a reset.
1351
1352     Two reset methods are defined - planned and unplanned. A planned reset
1353     requires stopping and restarting the virtual switch by the usual
1354     'graceful' method defined by it's documentation. An unplanned reset
1355     requires simulating a fatal internal fault in the virtual switch - for
1356     example by using kill -SIGKILL on a Linux environment.
1357
1358     Both reset methods SHOULD be exercised.
1359
1360     For each frame size previously defined under `Default Test
1361     Parameters <#DefaultParams>`__, traffic should be sent to the DUT under
1362     normal conditions. During the duration of the test and while the traffic
1363     flows are passing through the DUT, the DUT should be reset and the Reset
1364     time measured. The Reset time is the total time that a device is
1365     determined to be out of operation and includes the time to perform the
1366     reset and the time to recover from it (cf. `RFC6201 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6201.txt>`__).
1367
1368     `RFC6201 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6201.txt>`__ defines two methods to measure the Reset time:
1369       - Frame-Loss Method: which requires the monitoring of the number of
1370         lost frames and calculates the Reset time based on the number of
1371         frames lost and the offered rate according to the following
1372         formula:
1373
1374         .. code-block:: console
1375
1376                                     Frames_lost (packets)
1377                  Reset_time = -------------------------------------
1378                                 Offered_rate (packets per second)
1379
1380       - Timestamp Method: which measures the time from which the last frame
1381         is forwarded from the DUT to the time the first frame is forwarded
1382         after the reset. This involves time-stamping all transmitted frames
1383         and recording the timestamp of the last frame that was received prior
1384         to the reset and also measuring the timestamp of the first frame that
1385         is received after the reset. The Reset time is the difference between
1386         these two timestamps.
1387
1388     According to `RFC6201 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6201.txt>`__ the choice of method depends on the test
1389     tool's capability; the Frame-Loss method SHOULD be used if the test tool
1390     supports: - Counting the number of lost frames per stream. -
1391     Transmitting test frame despite the physical link status.
1392
1393     whereas the Timestamp method SHOULD be used if the test tool supports: -
1394     Timestamping each frame. - Monitoring received frame's timestamp. -
1395     Transmitting frames only if the physical link status is up.
1396
1397     **Expected Result**:
1398
1399     **Metrics collected**
1400
1401     The following are the metrics collected for this test: - Average Reset
1402     Time over the number of trials performed.
1403
1404     Results of this test should include the following information: - The
1405     reset method used. - Throughput in Fps and Mbps. - Average Frame Loss
1406     over the number of trials performed. - Average Reset Time in
1407     milliseconds over the number of trials performed. - Number of trials
1408     performed. - Protocol: IPv4, IPv6, MPLS, etc. - Frame Size in Octets -
1409     Port Media: Ethernet, Gigabit Ethernet (GbE), etc. - Port Speed: 10
1410     Gbps, 40 Gbps etc. - Interface Encapsulation: Ethernet, Ethernet VLAN,
1411     etc.
1412
1413     **Deployment scenario**:
1414
1415     -  Physical → virtual switch → physical.
1416
1417 Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.MaxForwardingRate
1418 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1419     **Title**: RFC2889 Forwarding Rate Test
1420
1421     **Prerequisite Test**: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
1422
1423     **Priority**:
1424
1425     **Description**:
1426
1427     This test measures the DUT's Max Forwarding Rate when the Offered Load
1428     is varied between the throughput and the Maximum Offered Load for fixed
1429     length frames at a fixed time interval. The selected frame sizes are
1430     those previously defined under `Default Test
1431     Parameters <#DefaultParams>`__. The throughput is the maximum offered
1432     load with 0% frame loss (measured by the prerequisite test), and the
1433     Maximum Offered Load (as defined by
1434     `RFC2285 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2285.txt>`__) is *"the highest
1435     number of frames per second that an external source can transmit to a
1436     DUT/SUT for forwarding to a specified output interface or interfaces"*.
1437
1438     Traffic should be sent to the DUT at a particular rate (TX rate)
1439     starting with TX rate equal to the throughput rate. The rate of
1440     successfully received frames at the destination counted (in FPS). If the
1441     RX rate is equal to the TX rate, the TX rate should be increased by a
1442     fixed step size and the RX rate measured again until the Max Forwarding
1443     Rate is found.
1444
1445     The trial duration for each iteration should last for the period of time
1446     needed for the system to reach steady state for the frame size being
1447     tested. Under `RFC2889 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2289.txt>`__
1448     (Sec. 5.6.3.1) test methodology, the test
1449     duration should run for a minimum period of 30 seconds, regardless
1450     whether the system reaches steady state before the minimum duration
1451     ends.
1452
1453     **Expected Result**: According to
1454     `RFC2889 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2289.txt>`__ The Max Forwarding Rate
1455     is the highest forwarding rate of a DUT taken from an iterative set of
1456     forwarding rate measurements. The iterative set of forwarding rate
1457     measurements are made by setting the intended load transmitted from an
1458     external source and measuring the offered load (i.e what the DUT is
1459     capable of forwarding). If the Throughput == the Maximum Offered Load,
1460     it follows that Max Forwarding Rate is equal to the Maximum Offered
1461     Load.
1462
1463     **Metrics Collected**:
1464
1465     The following are the metrics collected for this test:
1466
1467     -  The Max Forwarding Rate for the DUT for each packet size.
1468     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1469        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1470
1471 Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.ForwardPressure
1472 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1473     **Title**: RFC2889 Forward Pressure Test
1474
1475     **Prerequisite Test**: LTD.Throughput.RFC2889.MaxForwardingRate
1476
1477     **Priority**:
1478
1479     **Description**:
1480
1481     The aim of this test is to determine if the DUT transmits frames with an
1482     inter-frame gap that is less than 12 bytes. This test overloads the DUT
1483     and measures the output for forward pressure. Traffic should be
1484     transmitted to the DUT with an inter-frame gap of 11 bytes, this will
1485     overload the DUT by 1 byte per frame. The forwarding rate of the DUT
1486     should be measured.
1487
1488     **Expected Result**: The forwarding rate should not exceed the maximum
1489     forwarding rate of the DUT collected by
1490     LTD.Throughput.RFC2889.MaxForwardingRate.
1491
1492     **Metrics collected**
1493
1494     The following are the metrics collected for this test:
1495
1496     -  Forwarding rate of the DUT in FPS or Mbps.
1497     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1498        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1499
1500     **Deployment scenario**:
1501
1502     -  Physical → virtual switch → physical.
1503
1504 Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.AddressCachingCapacity
1505 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1506     **Title**: RFC2889 Address Caching Capacity Test
1507
1508     **Prerequisite Test**: N/A
1509
1510     **Priority**:
1511
1512     **Description**:
1513
1514     Please note this test is only applicable to switches that are capable of
1515     MAC learning. The aim of this test is to determine the address caching
1516     capacity of the DUT for a constant load (fixed length frames at a fixed
1517     interval time). The selected frame sizes are those previously defined
1518     under `Default Test Parameters <#DefaultParams>`__.
1519
1520     In order to run this test the aging time, that is the maximum time the
1521     DUT will keep a learned address in its flow table, and a set of initial
1522     addresses, whose value should be >= 1 and <= the max number supported by
1523     the implementation must be known. Please note that if the aging time is
1524     configurable it must be longer than the time necessary to produce frames
1525     from the external source at the specified rate. If the aging time is
1526     fixed the frame rate must be brought down to a value that the external
1527     source can produce in a time that is less than the aging time.
1528
1529     Learning Frames should be sent from an external source to the DUT to
1530     install a number of flows. The Learning Frames must have a fixed
1531     destination address and must vary the source address of the frames. The
1532     DUT should install flows in its flow table based on the varying source
1533     addresses. Frames should then be transmitted from an external source at
1534     a suitable frame rate to see if the DUT has properly learned all of the
1535     addresses. If there is no frame loss and no flooding, the number of
1536     addresses sent to the DUT should be increased and the test is repeated
1537     until the max number of cached addresses supported by the DUT
1538     determined.
1539
1540     **Expected Result**:
1541
1542     **Metrics collected**:
1543
1544     The following are the metrics collected for this test:
1545
1546     -  Number of cached addresses supported by the DUT.
1547     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1548        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1549
1550     **Deployment scenario**:
1551
1552     -  Physical → virtual switch → 2 x physical (one receiving, one listening).
1553
1554 Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.AddressLearningRate
1555 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1556     **Title**: RFC2889 Address Learning Rate Test
1557
1558     **Prerequisite Test**: LTD.Memory.RFC2889.AddressCachingCapacity
1559
1560     **Priority**:
1561
1562     **Description**:
1563
1564     Please note this test is only applicable to switches that are capable of
1565     MAC learning. The aim of this test is to determine the rate of address
1566     learning of the DUT for a constant load (fixed length frames at a fixed
1567     interval time). The selected frame sizes are those previously defined
1568     under `Default Test Parameters <#DefaultParams>`__, traffic should be
1569     sent with each IPv4/IPv6 address incremented by one. The rate at which
1570     the DUT learns a new address should be measured. The maximum caching
1571     capacity from LTD.Memory.RFC2889.AddressCachingCapacity should be taken
1572     into consideration as the maximum number of addresses for which the
1573     learning rate can be obtained.
1574
1575     **Expected Result**: It may be worthwhile to report the behaviour when
1576     operating beyond address capacity - some DUTs may be more friendly to
1577     new addresses than others.
1578
1579     **Metrics collected**:
1580
1581     The following are the metrics collected for this test:
1582
1583     -  The address learning rate of the DUT.
1584
1585     **Deployment scenario**:
1586
1587     -  Physical → virtual switch → 2 x physical (one receiving, one listening).
1588
1589 Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.ErrorFramesFiltering
1590 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1591     **Title**: RFC2889 Error Frames Filtering Test
1592
1593     **Prerequisite Test**: N/A
1594
1595     **Priority**:
1596
1597     **Description**:
1598
1599     The aim of this test is to determine whether the DUT will propagate any
1600     erroneous frames it receives or whether it is capable of filtering out
1601     the erroneous frames. Traffic should be sent with erroneous frames
1602     included within the flow at random intervals. Illegal frames that must
1603     be tested include: - Oversize Frames. - Undersize Frames. - CRC Errored
1604     Frames. - Dribble Bit Errored Frames - Alignment Errored Frames
1605
1606     The traffic flow exiting the DUT should be recorded and checked to
1607     determine if the erroneous frames where passed through the DUT.
1608
1609     **Expected Result**: Broken frames are not passed!
1610
1611     **Metrics collected**
1612
1613     No Metrics are collected in this test, instead it determines:
1614
1615     -  Whether the DUT will propagate erroneous frames.
1616     -  Or whether the DUT will correctly filter out any erroneous frames
1617        from traffic flow with out removing correct frames.
1618
1619     **Deployment scenario**:
1620
1621     -  Physical → virtual switch → physical.
1622
1623 Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.BroadcastFrameForwarding
1624 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1625     **Title**: RFC2889 Broadcast Frame Forwarding Test
1626
1627     **Prerequisite Test**: N
1628
1629     **Priority**:
1630
1631     **Description**:
1632
1633     The aim of this test is to determine the maximum forwarding rate of the
1634     DUT when forwarding broadcast traffic. For each frame previously defined
1635     under `Default Test Parameters <#DefaultParams>`__, the traffic should
1636     be set up as broadcast traffic. The traffic throughput of the DUT should
1637     be measured.
1638
1639     The test should be conducted with at least 4 physical ports on the DUT.
1640     The number of ports used MUST be recorded.
1641
1642     As broadcast involves forwarding a single incoming packet to several
1643     destinations, the latency of a single packet is defined as the average
1644     of the latencies for each of the broadcast destinations.
1645
1646     The incoming packet is transmitted on each of the other physical ports,
1647     it is not transmitted on the port on which it was received. The test MAY
1648     be conducted using different broadcasting ports to uncover any
1649     performance differences.
1650
1651     **Expected Result**:
1652
1653     **Metrics collected**:
1654
1655     The following are the metrics collected for this test:
1656
1657     -  The forwarding rate of the DUT when forwarding broadcast traffic.
1658     -  The minimum, average & maximum packets latencies observed.
1659
1660     **Deployment scenario**:
1661
1662     -  Physical → virtual switch 3x physical.
1663
1664 2.3.2 Packet Latency tests
1665 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1666 These tests will measure the store and forward latency as well as the packet
1667 delay variation for various packet types through the virtual switch. The
1668 following list is not exhaustive but should indicate the type of tests
1669 that should be required. It is expected that more will be added.
1670
1671 Test ID: LTD.PacketLatency.InitialPacketProcessingLatency
1672 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1673     **Title**: Initial Packet Processing Latency
1674
1675     **Prerequisite Test**: N/A
1676
1677     **Priority**:
1678
1679     **Description**:
1680
1681     In some virtual switch architectures, the first packets of a flow will
1682     take the system longer to process than subsequent packets in the flow.
1683     This test determines the latency for these packets. The test will
1684     measure the latency of the packets as they are processed by the
1685     flow-setup-path of the DUT. There are two methods for this test, a
1686     recommended method and a nalternative method that can be used if it is
1687     possible to disable the fastpath of the virtual switch.
1688
1689     Recommended method: This test will send 64,000 packets to the DUT, each
1690     belonging to a different flow. Average packet latency will be determined
1691     over the 64,000 packets.
1692
1693     Alternative method: This test will send a single packet to the DUT after
1694     a fixed interval of time. The time interval will be equivalent to the
1695     amount of time it takes for a flow to time out in the virtual switch
1696     plus 10%. Average packet latency will be determined over 1,000,000
1697     packets.
1698
1699     This test is intended only for non-learning switches; For learning
1700     switches use RFC2889.
1701
1702     For this test, only unidirectional traffic is required.
1703
1704     **Expected Result**: The average latency for the initial packet of all
1705     flows should be greater than the latency of subsequent traffic.
1706
1707     **Metrics Collected**:
1708
1709     The following are the metrics collected for this test:
1710
1711     -  Average latency of the initial packets of all flows that are
1712        processed by the DUT.
1713
1714     **Deployment scenario**:
1715
1716     -  Physical → Virtual Switch → Physical.
1717
1718 Test ID: LTD.PacketDelayVariation.RFC3393.Soak
1719 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1720     **Title**: Packet Delay Variation Soak Test
1721
1722     **Prerequisite Tests**: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio (0% Packet Loss)
1723
1724     **Priority**:
1725
1726     **Description**:
1727
1728     The aim of this test is to understand the distribution of packet delay
1729     variation for different frame sizes over an extended test duration and
1730     to determine if there are any outliers. To allow for an extended test
1731     duration, the test should ideally run for 24 hours or, if this is not
1732     possible, for at least 6 hour. For this test, each frame size must be
1733     sent at the highest possible throughput with 0% packet loss, as
1734     determined in the prerequisite test.
1735
1736     **Expected Result**:
1737
1738     **Metrics Collected**:
1739
1740     The following are the metrics collected for this test:
1741
1742     -  The packet delay variation value for traffic passing through the DUT.
1743     -  The `RFC5481 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5481.txt>`__
1744        PDV form of delay variation on the traffic flow,
1745        using the 99th percentile, for each 60s interval during the test.
1746     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1747        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1748
1749 2.3.3 Scalability tests
1750 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1751 The general aim of these tests is to understand the impact of large flow
1752 table size and flow lookups on throughput. The following list is not
1753 exhaustive but should indicate the type of tests that should be required.
1754 It is expected that more will be added.
1755
1756 Test ID: LTD.Scalability.RFC2544.0PacketLoss
1757 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1758     **Title**: RFC 2544 0% loss Scalability throughput test
1759
1760     **Prerequisite Test**:
1761
1762     **Priority**:
1763
1764     **Description**:
1765
1766     The aim of this test is to measure how throughput changes as the number
1767     of flows in the DUT increases. The test will measure the throughput
1768     through the fastpath, as such the flows need to be installed on the DUT
1769     before passing traffic.
1770
1771     For each frame size previously defined under `Default Test
1772     Parameters <#DefaultParams>`__ and for each of the following number of
1773     flows:
1774
1775     -  1,000
1776     -  2,000
1777     -  4,000
1778     -  8,000
1779     -  16,000
1780     -  32,000
1781     -  64,000
1782     -  Max supported number of flows.
1783
1784     The maximum 0% packet loss throughput should be determined in a manner
1785     identical to LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio.
1786
1787     **Expected Result**:
1788
1789     **Metrics Collected**:
1790
1791     The following are the metrics collected for this test:
1792
1793     -  The maximum number of frames per second that can be forwarded at the
1794        specified number of flows and the specified frame size, with zero
1795        packet loss.
1796
1797 Test ID: LTD.MemoryBandwidth.RFC2544.0PacketLoss.Scalability
1798 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1799     **Title**: RFC 2544 0% loss Memory Bandwidth Scalability test
1800
1801     **Prerequisite Tests**:
1802
1803     **Priority**:
1804
1805     **Description**:
1806
1807     The aim of this test is to understand how the DUT's performance is
1808     affected by cache sharing and memory bandwidth between processes.
1809
1810     During the test all cores not used by the vSwitch should be running a
1811     memory intensive application. This application should read and write
1812     random data to random addresses in unused physical memory. The random
1813     nature of the data and addresses is intended to consume cache, exercise
1814     main memory access (as opposed to cache) and exercise all memory buses
1815     equally. Furthermore: - the ratio of reads to writes should be recorded.
1816     A ratio of 1:1 SHOULD be used. - the reads and writes MUST be of
1817     cache-line size and be cache-line aligned. - in NUMA architectures
1818     memory access SHOULD be local to the core's node. Whether only local
1819     memory or a mix of local and remote memory is used MUST be recorded. -
1820     the memory bandwidth (reads plus writes) used per-core MUST be recorded;
1821     the test MUST be run with a per-core memory bandwidth equal to half the
1822     maximum system memory bandwidth divided by the number of cores. The test
1823     MAY be run with other values for the per-core memory bandwidth. - the
1824     test MAY also be run with the memory intensive application running on
1825     all cores.
1826
1827     Under these conditions the DUT's 0% packet loss throughput is determined
1828     as per LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio.
1829
1830     **Expected Result**:
1831
1832     **Metrics Collected**:
1833
1834     The following are the metrics collected for this test:
1835
1836     -  The DUT's 0% packet loss throughput in the presence of cache sharing and memory bandwidth between processes.
1837
1838 2.3.5 Coupling between control path and datapath Tests
1839 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1840 The following tests aim to determine how tightly coupled the datapath
1841 and the control path are within a virtual switch. The following list
1842 is not exhaustive but should indicate the type of tests that should be
1843 required. It is expected that more will be added.
1844
1845 Test ID: LTD.CPDPCouplingFlowAddition
1846 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1847     **Title**: Control Path and Datapath Coupling
1848
1849     **Prerequisite Test**:
1850
1851     **Priority**:
1852
1853     **Description**:
1854
1855     The aim of this test is to understand how exercising the DUT's control
1856     path affects datapath performance.
1857
1858     Initially a certain number of flow table entries are installed in the
1859     vSwitch. Then over the duration of an RFC2544 throughput test
1860     flow-entries are added and removed at the rates specified below. No
1861     traffic is 'hitting' these flow-entries, they are simply added and
1862     removed.
1863
1864     The test MUST be repeated with the following initial number of
1865     flow-entries installed: - < 10 - 1000 - 100,000 - 10,000,000 (or the
1866     maximum supported number of flow-entries)
1867
1868     The test MUST be repeated with the following rates of flow-entry
1869     addition and deletion per second: - 0 - 1 (i.e. 1 addition plus 1
1870     deletion) - 100 - 10,000
1871
1872     **Expected Result**:
1873
1874     **Metrics Collected**:
1875
1876     The following are the metrics collected for this test:
1877
1878     -  The maximum forwarding rate in Frames Per Second (FPS) and Mbps of
1879        the DUT.
1880     -  The average latency of the traffic flow when passing through the DUT
1881        (if testing for latency, note that this average is different from the
1882        test specified in Section 26.3 of
1883        `RFC2544 <https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2544.txt>`__).
1884     -  CPU and memory utilization may also be collected as part of this
1885        test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1886
1887     **Deployment scenario**:
1888
1889     -  Physical → virtual switch → physical.
1890
1891 2.3.4 CPU and memory consumption
1892 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1893 The following tests will profile a virtual switch's CPU and memory
1894 utilization under various loads and circumstances. The following
1895 list is not exhaustive but should indicate the type of tests that
1896 should be required. It is expected that more will be added.
1897
1898 Test ID: LTD.CPU.RFC2544.0PacketLoss
1899 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1900     **Title**: RFC 2544 0% Loss Compute Test
1901
1902     **Prerequisite Test**:
1903
1904     **Priority**:
1905
1906     **Description**:
1907
1908     The aim of this test is to understand the overall performance of the
1909     system when a CPU intensive application is run on the same DUT as the
1910     Virtual Switch. For each frame size, an
1911     LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio (0% Packet Loss) test should be
1912     performed. Throughout the entire test a CPU intensive application should
1913     be run on all cores on the system not in use by the Virtual Switch. For
1914     NUMA system only cores on the same NUMA node are loaded.
1915
1916     It is recommended that stress-ng be used for loading the non-Virtual
1917     Switch cores but any stress tool MAY be used.
1918
1919     **Expected Result**:
1920
1921     **Metrics Collected**:
1922
1923     The following are the metrics collected for this test:
1924
1925     -  CPU utilization of the cores running the Virtual Switch.
1926     -  The number of identity of the cores allocated to the Virtual Switch.
1927     -  The configuration of the stress tool (for example the command line
1928        parameters used to start it.)
1929
1930 2.3.9 Summary List of Tests
1931 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1932 1. Throughput tests
1933
1934   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
1935   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatioFrameModification
1936   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.Profile
1937   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.SystemRecoveryTime
1938   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.BackToBackFrames
1939   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.Soak
1940   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.SoakFrameModification
1941   - Test ID: LTD.Throughput.RFC6201.ResetTime
1942   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.MaxForwardingRate
1943   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.ForwardPressure
1944   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.AddressCachingCapacity
1945   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.AddressLearningRate
1946   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.ErrorFramesFiltering
1947   - Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.BroadcastFrameForwarding
1948
1949 2. Packet Latency tests
1950
1951   - Test ID: LTD.PacketLatency.InitialPacketProcessingLatency
1952   - Test ID: LTD.PacketDelayVariation.RFC3393.Soak
1953
1954 3. Scalability tests
1955
1956   - Test ID: LTD.Scalability.RFC2544.0PacketLoss
1957   - Test ID: LTD.MemoryBandwidth.RFC2544.0PacketLoss.Scalability
1958
1959 4. Coupling between control path and datapath Tests
1960
1961   - Test ID: LTD.CPDPCouplingFlowAddition
1962
1963 5. CPU and memory consumption
1964
1965   - Test ID: LTD.CPU.RFC2544.0PacketLoss