test_spec/vswitchperf_ltd.md

   1 #CHARACTERIZE VSWITCH PERFORMANCE FOR TELCO NFV USE CASES LEVEL TEST DESIGN
   2
   3 ##Table of Contents
   4
   5 - [1. Introduction](#Introduction)
   6   - [1.1. Document identifier](#DocId)
   7   - [1.2. Scope](#Scope)
   8   - [1.3. References](#References)
   9
  10
  11 - [2. Details of the Level Test Design](#DetailsOfTheLevelTestDesign)
  12   - [2.1. Features to be tested](#FeaturesToBeTested)
  13   - [2.2. Approach](#Approach)
  14   - [2.3. Test identification](#TestIdentification)
  15     - [2.3.1 Throughput tests](#ThroughputTests)
  16     - [2.3.2 Packet Delay Tests](#PacketDelayTests)
  17     - [2.3.3 Scalability Tests](#ScalabilityTests)
  18     - [2.3.4 CPU and Memory Consumption Tests](#CPUTests)
  19     - [2.3.5 Coupling Between the Control Path and The Datapath Tests](#CPDPTests)
  20     - [2.3.6 Time to Establish Flows Tests](#FlowLatencyTests)
  21     - [2.3.7 Noisy Neighbour Tests](#NoisyNeighbourTests)
  22     - [2.3.8 Overlay Tests](#OverlayTests)
  23     - [2.3.9 Summary Test List](#SummaryList)
  24   - [2.4. Feature pass/fail criteria](#PassFail)
  25   - [2.5. Test deliverables](#TestDeliverables)
  26
  27
  28 - [3. General](#General)
  29   - [3.1. Glossary](#Glossary)
  30   - [3.2. Document change procedures and history](#History)
  31   - [3.3. Contributors](#Contributors)
  32
  33 <br/>
  34
  35 ---
  36 <a name="Introduction"></a>
  37 ##1. Introduction
  38   The objective of the OPNFV project titled **“Characterize vSwitch Performance for Telco NFV Use Cases”**, is to evaluate a virtual switch to identify its suitability for a Telco Network Function Virtualization (NFV) environment. The intention of this Level Test Design (LTD) document is to specify the set of tests to carry out in order to objectively measure the current characteristics of a virtual switch in the Network Function Virtualization Infrastructure (NFVI) as well as the test pass criteria. The detailed test cases will be defined in [Section 2](#DetailsOfTheLevelTestDesign), preceded by the [Document identifier](#DocId) and the [Scope](#Scope).
  39
  40  This document is currently in draft form.
  41
  42   <a name="DocId"></a>
  43   ###1.1. Document identifier
  44   The document id will be used to uniquely identify versions of the LTD. The format for the document id will be: OPNFV\_vswitchperf\_LTD\_ver\_NUM\_MONTH\_YEAR\_STATUS, where by the status is one of: draft, reviewed, corrected or final. The document id for this version of the LTD is: OPNFV\_vswitchperf\_LTD\_ver\_1.6\_Jan\_15\_DRAFT.
  45
  46   <a name="Scope"></a>
  47   ###1.2. Scope
  48   The main purpose of this project is to specify a suite of performance tests in order to objectively measure the current packet transfer characteristics of a virtual switch in the NFVI. The intent of the project is to facilitate testing of any virtual switch. Thus, a generic suite of tests shall be developed, with no hard dependencies to a single implementation. In addition, the test case suite shall be architecture independent.
  49
  50   The test cases developed in this project shall not form part of a separate test framework, all of these tests may be inserted into the Continuous Integration Test Framework and/or the Platform Functionality Test Framework - if a vSwitch becomes a standard component of an OPNFV release.
  51
  52   <a name="References"></a>
  53   ###1.3. References
  54
  55   - [RFC 1242 Benchmarking Terminology for Network Interconnection Devices](http://www.ietf.org/rfc/rfc1242.txt)
  56   - [RFC 2544 Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices](http://www.ietf.org/rfc/rfc2544.txt)
  57   - [RFC 2285 Benchmarking Terminology for LAN Switching Devices](http://www.ietf.org/rfc/rfc2285.txt)
  58   - [RFC 2889 Benchmarking Methodology for LAN Switching Devices](http://www.ietf.org/rfc/rfc2889.txt)
  59   - [RFC 3918 Methodology for IP Multicast Benchmarking](http://www.ietf.org/rfc/rfc3918.txt)
  60   - [RFC 4737 Packet Reordering Metrics](http://www.ietf.org/rfc/rfc4737.txt)
  61   - [RFC 5481 Packet Delay Variation Applicability Statement](http://www.ietf.org/rfc/rfc5481.txt)
  62   - [RFC 6201 Device Reset Characterization](http://tools.ietf.org/html/rfc6201)
  63
  64 <br/>
  65
  66 <a name=" DetailsOfTheLevelTestDesign"></a>
  67 ##2. Details of the Level Test Design
  68 This section describes the features to be tested ([cf. 2.1](#FeaturesToBeTested)), the test approach ([cf. 2.2](#Approach)); it also identifies the sets of test cases or scenarios ([cf. 2.3](#TestIdentification)) along with the pass/fail criteria ([cf. 2.4](#PassFail)) and the test deliverables ([cf. 2.5](#TestDeliverables)).
  69
  70 <a name="FeaturesToBeTested"></a>
  71   ###2.1. Features to be tested
  72   Characterizing virtual switches (i.e. Device Under Test (DUT) in this document) includes measuring the following performance metrics:
  73    - Throughput as defined by [RFC1242]: The maximum rate at which none of the offered frames are dropped by the DUT. The maximum frame rate and bit rate that can be transmitted by the DUT without any error should be recorded. Note there is an equivalent bit rate and a specific layer at which the payloads contribute to the bits. Errors and improperly formed frames or packets are dropped.
  74    - Packet delay introduced by the DUT and its cumulative effect on E2E networks. Frame delay can be measured equivalently.
  75    - Packet delay variation: measured from the perspective of the VNF/application. Packet delay variation is sometimes called "jitter". However, we will avoid the term "jitter" as the term holds different meaning to different groups of people. In this document we will simply use the term packet delay variation. The preferred form for this metric is the PDV form of delay variation defined in [RFC5481].
  76    - Packet loss (within a configured waiting time at the receiver): All packets sent to the DUT should be accounted for.
  77    - Burst behaviour: measures the ability of the DUT to buffer packets.
  78    - Packet re-ordering: measures the ability of the device under test to maintain sending order throughout transfer to the destination.
  79    - Packet correctness Packets or Frames must be well-formed, in that they include all required fields, conform to length requirements, pass integrity checks, etc.
  80    - Availability and capacity of the DUT i.e. when the DUT is fully “up” and connected:
  81      - Includes power consumption of the CPU (in various power states) and system.
  82      - Includes CPU utilization.
  83      - Includes # NIC interfaces supported.
  84      - Includes headroom of VM workload processing cores (i.e. available for applications).
  85
  86 <a name="Approach"></a>
  87  ###2.2. Approach
  88  In order to determine the packet transfer characteristics of a virtual switch, the tests will be broken down into the following categories:
  89
  90   - Throughput Tests to measure the maximum forwarding rate (in frames per second or fps) and bit rate (in Mbps) for a constant load (as defined by [RFC1242]) without traffic loss.
  91   - Packet and Frame Delay Tests to measure average, min and max packet and frame delay for constant loads.
  92   - Stream Performance Tests (TCP, UDP) to measure bulk data transfer performance, i.e. how fast systems can send and receive data through the switch.
  93   - Request/Response Performance Tests (TCP, UDP) the measure the transaction rate through the switch.
  94  - Packet delay tests to understand latency distribution for different packet sizes and over an extended test run to uncover outliers.
  95   - Scalability Tests to understand how the virtual switch performs as the number of flows, active ports, complexity of the forwarding logic's configuration... it has to deal with increases.
  96   - Control Path and Datapath Coupling Tests, to understand how closely coupled the datapath and the control path are as well as the effect of this coupling on the performance of the DUT.
  97   - CPU and Memory Consumption Tests to understand the virtual switch’s footprint on the system, this includes:
  98    - CPU utilization
  99    - Cache utilization
 100    - Memory footprint
 101   - Time To Establish Flows Tests.
 102   - Noisy Neighbour Tests, to understand the effects of resource sharing on the performance of a virtual switch.
 103
 104 **Note:** some of the tests above can be conducted simultaneously where the combined results would be insightful, for example Packet/Frame Delay and Scalability.
 105
 106 The following represents possible deployments which can help to determine the performance of both the virtual switch and the datapath into the VNF:
 107
 108   - Physical port  → virtual switch → physical port.
 109
 110 <pre><code>
 111                                                          __
 112     +--------------------------------------------------+   |
 113     |              +--------------------+              |   |
 114     |              |                    |              |   |
 115     |              |                    v              |   |  Host
 116     |   +--------------+            +--------------+   |   |
 117     |   |   phy port   |  vSwitch   |   phy port   |   |   |
 118     +---+--------------+------------+--------------+---+ __|
 119                ^                           :
 120                |                           |
 121                :                           v
 122     +--------------------------------------------------+
 123     |                                                  |
 124     |                traffic generator                 |
 125     |                                                  |
 126     +--------------------------------------------------+
 127 </code></pre>
 128
 129   - Physical port → virtual switch → VNF → virtual switch → physical port.
 130
 131 <pre><code>
 132                                                           __
 133     +---------------------------------------------------+   |
 134     |                                                   |   |
 135     |   +-------------------------------------------+   |   |
 136     |   |                 Application               |   |   |
 137     |   +-------------------------------------------+   |   |
 138     |       ^                                  :        |   |
 139     |       |                                  |        |   |  Guest
 140     |       :                                  v        |   |
 141     |   +---------------+           +---------------+   |   |
 142     |   | logical port 0|           | logical port 1|   |   |
 143     +---+---------------+-----------+---------------+---+ __|
 144             ^                                  :
 145             |                                  |
 146             :                                  v         __
 147     +---+---------------+----------+---------------+---+   |
 148     |   | logical port 0|          | logical port 1|   |   |
 149     |   +---------------+          +---------------+   |   |
 150     |       ^                                  :       |   |
 151     |       |                                  |       |   |  Host
 152     |       :                                  v       |   |
 153     |   +--------------+            +--------------+   |   |
 154     |   |   phy port   |  vSwitch   |   phy port   |   |   |
 155     +---+--------------+------------+--------------+---+ __|
 156                ^                           :
 157                |                           |
 158                :                           v
 159     +--------------------------------------------------+
 160     |                                                  |
 161     |                traffic generator                 |
 162     |                                                  |
 163     +--------------------------------------------------+
 164 </code></pre>
 165
 166   - Physical port → virtual switch → VNF → virtual switch → VNF → virtual switch → physical port.
 167
 168 <pre><code>
 169                                                                                                                  __
 170     +---------------------------------------------------+   +---------------------------------------------------+  |
 171     |   Guest 1                                         |   |   Guest 2                                         |  |
 172     |   +-------------------------------------------+   |   |   +-------------------------------------------+   |  |
 173     |   |                 Application               |   |   |   |                 Application               |   |  |
 174     |   +-------------------------------------------+   |   |   +-------------------------------------------+   |  |
 175     |       ^                                  :        |   |       ^                                  :        |  |
 176     |       |                                  |        |   |       |                                  |        |  |  Guest
 177     |       :                                  v        |   |       :                                  v        |  |
 178     |   +---------------+           +---------------+   |   |   +---------------+           +---------------+   |  |
 179     |   | logical port 0|           | logical port 1|   |   |   | logical port 0|           | logical port 1|   |  |
 180     +---+---------------+-----------+---------------+---+   +---+---------------+-----------+---------------+---+__|
 181             ^                                  :                    ^                                  :
 182             |                                  |                    |                                  |
 183             :                                  v                    :                                  v         __
 184     +---+---------------+----------+---------------+------------+---------------+-----------+---------------+---+  |
 185     |   |     port 0    |          |     port 1    |            |     port 2    |           |     port 3    |   |  |
 186     |   +---------------+          +---------------+            +---------------+           +---------------+   |  |
 187     |       ^                                  :                    ^                                  :        |  |
 188     |       |                                  |                    |                                  |        |  |  Host
 189     |       :                                  +--------------------+                                  v        |  |
 190     |   +--------------+                                                                    +--------------+    |  |
 191     |   |   phy port   |                               vswitch                              |   phy port   |    |  |
 192     +---+--------------+--------------------------------------------------------------------+--------------+----+__|
 193                ^                                                                                    :
 194                |                                                                                    |
 195                :                                                                                    v
 196     +-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
 197     |                                                                                                           |
 198     |                                              traffic generator                                            |
 199     |                                                                                                           |
 200     +-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
 201 </code></pre>
 202
 203   - Physical port → virtual switch → VNF.
 204
 205 <pre><code>
 206                                                           __
 207     +---------------------------------------------------+   |
 208     |                                                   |   |
 209     |   +-------------------------------------------+   |   |
 210     |   |                 Application               |   |   |
 211     |   +-------------------------------------------+   |   |
 212     |       ^                                           |   |
 213     |       |                                           |   |  Guest
 214     |       :                                           |   |
 215     |   +---------------+                               |   |
 216     |   | logical port 0|                               |   |
 217     +---+---------------+-------------------------------+ __|
 218             ^
 219             |
 220             :                                            __
 221     +---+---------------+------------------------------+   |
 222     |   | logical port 0|                              |   |
 223     |   +---------------+                              |   |
 224     |       ^                                          |   |
 225     |       |                                          |   |  Host
 226     |       :                                          |   |
 227     |   +--------------+                               |   |
 228     |   |   phy port   |  vSwitch                      |   |
 229     +---+--------------+------------ -------------- ---+ __|
 230                ^
 231                |
 232                :
 233     +--------------------------------------------------+
 234     |                                                  |
 235     |                traffic generator                 |
 236     |                                                  |
 237     +--------------------------------------------------+
 238 </code></pre>
 239
 240   - VNF → virtual switch → physical port.
 241
 242 <pre><code>
 243                                                           __
 244     +---------------------------------------------------+   |
 245     |                                                   |   |
 246     |   +-------------------------------------------+   |   |
 247     |   |                 Application               |   |   |
 248     |   +-------------------------------------------+   |   |
 249     |                                          :        |   |
 250     |                                          |        |   |  Guest
 251     |                                          v        |   |
 252     |                               +---------------+   |   |
 253     |                               | logical port  |   |   |
 254     +-------------------------------+---------------+---+ __|
 255                                                :
 256                                                |
 257                                                v         __
 258     +------------------------------+---------------+---+   |
 259     |                              | logical port  |   |   |
 260     |                              +---------------+   |   |
 261     |                                          :       |   |
 262     |                                          |       |   |  Host
 263     |                                          v       |   |
 264     |                               +--------------+   |   |
 265     |                     vSwitch   |   phy port   |   |   |
 266     +-------------------------------+--------------+---+ __|
 267                                            :
 268                                            |
 269                                            v
 270     +--------------------------------------------------+
 271     |                                                  |
 272     |                traffic generator                 |
 273     |                                                  |
 274     +--------------------------------------------------+
 275 </code></pre>
 276
 277   - virtual switch → VNF → virtual switch.
 278
 279 <pre><code>
 280                                                                                                                  __
 281     +---------------------------------------------------+   +---------------------------------------------------+  |
 282     |   Guest 1                                         |   |   Guest 2                                         |  |
 283     |   +-------------------------------------------+   |   |   +-------------------------------------------+   |  |
 284     |   |                 Application               |   |   |   |                 Application               |   |  |
 285     |   +-------------------------------------------+   |   |   +-------------------------------------------+   |  |
 286     |                                          :        |   |       ^                                           |  |
 287     |                                          |        |   |       |                                           |  |  Guest
 288     |                                          v        |   |       :                                           |  |
 289     |                               +---------------+   |   |   +---------------+                               |  |
 290     |                               | logical port 0|   |   |   | logical port 0|                               |  |
 291     +-------------------------------+---------------+---+   +---+---------------+-------------------------------+__|
 292                                                :                    ^
 293                                                |                    |
 294                                                v                    :                                            __
 295     +------------------------------+---------------+------------+---------------+-------------------------------+  |
 296     |                              |     port 0    |            |     port 1    |                               |  |
 297     |                              +---------------+            +---------------+                               |  |
 298     |                                          :                    ^                                           |  |
 299     |                                          |                    |                                           |  |  Host
 300     |                                          +--------------------+                                           |  |
 301     |                                                                                                           |  |
 302     |                                                  vswitch                                                  |  |
 303     +-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+__|
 304 </code></pre>
 305
 306 **Note:** For tests where the traffic generator and/or measurement receiver are implemented on VM and connected to the virtual switch through vNIC, the issues of shared resources and interactions between the measurement devices and the device under test must be considered.
 307
 308  ####General Methodology:
 309
 310   To establish the baseline performance of the virtual switch, tests would initially be run with a simple workload in the VNF (the recommended simple workload VNF would be [DPDK]'s testpmd application forwarding packets in a VM). Subsequently, the tests would also be executed with a real Telco workload running in the VNF, which would exercise the virtual switch in the context of higher level Telco NFV use cases, and prove that its underlying characteristics and behaviour can be measured and validated. Suitable real Telco workload VNFs are yet to be identified.
 311
 312  <a name="DefaultParams"></a>
 313  #####Default Test Parameters:
 314  The following list identifies the default parameters for suite of tests:
 315
 316  - Reference application: Simple forwarding or Open Source VNF.
 317  - Frame size (bytes): 64, 128, 256, 512, 1024, 1280, 1518, 2K, 4k OR Packet size based on use-case (e.g. RTP 64B, 256B).
 318  - Reordering check: Tests should confirm that packets within a flow are not reordered.
 319  - Duplex: Unidirectional / Bidirectional. Default: Full duplex with traffic transmitting in both directions, as network traffic generally does not flow in a single direction. By default the data rate of transmitted traffic should be the same in both directions, please note that asymmetric traffic (e.g. downlink-heavy) tests will be mentioned explicitly for the relevant test cases.
 320  - Number of Flows: Default for non scalability tests is a single flow. For scalability tests the goal is to test with maximum supported flows but where possible will test up to 10 Million flows. Start with a single flow and scale up. By default flows should be added sequentially, tests that add flows simultaneously will explicitly call out their flow addition behaviour. Packets are generated across the flows uniformly with no burstiness.
 321  - Traffic Types: UDP, SCTP, RTP, GTP and UDP traffic.
 322  - Deployment scenarios are:
 323    - Physical → virtual switch → physical.
 324    - Physical → virtual switch → VNF → virtual switch → physical.
 325    - Physical → virtual switch → VNF → virtual switch → VNF → virtual switch → physical.
 326    - Physical → virtual switch → VNF.
 327    - VNF → virtual switch → Physical.
 328    - VNF → virtual switch → VNF.
 329
 330  Tests MUST have these parameters unless otherwise stated. **Test cases with non default parameters will be stated explicitly**.
 331
 332  **Note**: For throughput tests unless stated otherwise, test configurations should ensure that traffic traverses the installed flows through the switch, i.e. flows are installed and have an appropriate time out that doesn't expire before packet transmission starts.
 333
 334  #####Test Priority
 335   Tests will be assigned a priority in order to determine which tests should be implemented immediately and which tests implementations can be deferred.
 336
 337  Priority can be of following types:
 338   - Urgent: Must be implemented immediately.
 339   - High: Must be implemented in the next release.
 340   - Medium: May be implemented after the release.
 341   - Low: May or may not be implemented at all.
 342
 343  #####DUT Setup
 344  The DUT should be configured to its "default" state. The DUT's configuration or set-up must not change between tests in any way other than what is required to do the test. All supported protocols must be configured and enabled for each test set up.
 345
 346  #####Port Configuration
 347  The DUT should be configured with n ports where n is a multiple of 2. Half of the ports on the DUT should be used as ingress ports and the other half of the ports on the DUT should be used as egress ports. Where a DUT has more than 2 ports, the ingress data streams should be set-up so that they transmit packets to the egress ports in sequence so that there is an even distribution of traffic across ports. For example, if a DUT has 4 ports 0(ingress), 1(ingress), 2(egress) and 3(egress), the traffic stream directed at port 0 should output a packet to port 2 followed by a packet to port 3. The traffic stream directed at port 1 should also output a packet to port 2 followed by a packet to port 3.
 348
 349  #####Frame formats
 350   Layer 2 (data link layer) protocols:
 351
 352   -  Ethernet II
 353
 354   <pre><code>
 355
 356   +-----------------------------+-----------------------------------------------------------------------+---------+
 357   |       Ethernet Header       |                                Payload                                |Check Sum|
 358   +-----------------------------+-----------------------------------------------------------------------+---------+
 359    |___________________________| |_____________________________________________________________________| |_______|
 360               14 Bytes                                       46 - 1500 Bytes                              4 Bytes
 361
 362   </code></pre>
 363
 364   Layer 3 (network layer) protocols:
 365
 366   - IPv4
 367
 368   <pre><code>
 369
 370   +-----------------------------+-------------------------------------+---------------------------------+---------+
 371   |       Ethernet Header       |              IP Header              |             Payload             |Check Sum|
 372   +-----------------------------+-------------------------------------+---------------------------------+---------+
 373    |___________________________| |___________________________________| |_______________________________| |_______|
 374               14 Bytes                         20 Bytes                         26 - 1480 Bytes           4 Bytes
 375
 376   </code></pre>
 377
 378   - IPv6
 379
 380   <pre><code>
 381
 382   +-----------------------------+-------------------------------------+---------------------------------+---------+
 383   |       Ethernet Header       |              IP Header              |             Payload             |Check Sum|
 384   +-----------------------------+-------------------------------------+---------------------------------+---------+
 385    |___________________________| |___________________________________| |_______________________________| |_______|
 386               14 Bytes                         40 Bytes                         26 - 1460 Bytes           4 Bytes
 387
 388   </code></pre>
 389
 390   Layer 4 (transport layer) protocols:
 391   - TCP
 392   - UDP
 393   - SCTP
 394
 395   <pre><code>
 396
 397   +-----------------------------+-------------------------------------+-----------------+---------------+---------+
 398   |       Ethernet Header       |              IP Header              | Layer 4 Header  |    Payload    |Check Sum|
 399   +-----------------------------+-------------------------------------+-----------------+---------------+---------+
 400    |___________________________| |___________________________________| |_______________| |_____________| |_______|
 401               14 Bytes                         20 Bytes                    20 Bytes       6 - 1460 Bytes  4 Bytes
 402
 403   </code></pre>
 404
 405   Layer 5 (application layer) protocols:
 406
 407   - RTP
 408   - GTP
 409
 410   <pre><code>
 411
 412   +-----------------------------+-------------------------------------+-----------------+---------------+---------+
 413   |       Ethernet Header       |              IP Header              | Layer 4 Header  |    Payload    |Check Sum|
 414   +-----------------------------+-------------------------------------+-----------------+---------------+---------+
 415    |___________________________| |___________________________________| |_______________| |_____________| |_______|
 416               14 Bytes                         20 Bytes                    20 Bytes        Min 6 Bytes    4 Bytes
 417
 418   </code></pre>
 419
 420   #####Packet Throughput
 421   There is a difference between an Ethernet frame, an IP packet, and a UDP datagram. In the seven-layer OSI model of computer networking, packet refers to a data unit at layer 3 (network layer). The correct term for a data unit at layer 2 (data link layer) is a frame, and at layer 4 (transport layer) is a segment or datagram.
 422
 423   Important concepts related to 10GbE performance are frame rate and throughput. The MAC bit rate of 10GbE, defined in the IEEE standard 802 .3ae, is 10 billion bits per second. Frame rate is based on the bit rate and frame format definitions. Throughput, defined in IETF RFC 1242, is the highest rate at which the system under test can forward the offered load, without loss.
 424
 425   The frame rate for 10GbE is determined by a formula that divides the 10 billion bits per second by the preamble + frame length + inter-frame gap.
 426
 427   The maximum frame rate is calculated using the minimum values of the following parameters, as described in the IEEE 802 .3ae standard:
 428
 429   - Preamble: 8 bytes * 8 = 64 bits
 430   -  Frame Length: 64 bytes (minimum) * 8 = 512 bits
 431   -  Inter-frame Gap: 12 bytes (minimum) * 8 = 96 bits
 432
 433   Therefore, Maximum Frame Rate (64B Frames)
 434
 435   = MAC Transmit Bit Rate / (Preamble + Frame Length + Inter-frame Gap)
 436
 437   = 10,000,000,000 / (64 + 512 + 96)
 438
 439   = 10,000,000,000 / 672
 440
 441   = 14,880,952.38 frame per second (fps)
 442
 443   #####RFC 1242 Benchmarking Terminology for Network Interconnection Devices
 444   RFC 1242 defines the terminology that is used in describing performance benchmarking tests and their results. Definitions and discussions covered include: Back-to-back, bridge, bridge/router, constant load, data link frame size, frame loss rate, inter frame gap, latency, and many more.
 445
 446   #####RFC 2544 Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices
 447   RFC 2544 outlines a benchmarking methodology for network Interconnect Devices. The methodology results in performance metrics such as latency, frame loss percentage, and maximum data throughput.
 448
 449   In this document network “throughput” (measured in millions of frames per second) is based on RFC 2544, unless otherwise noted. Frame size refers to Ethernet frames ranging from smallest frames of 64 bytes to largest frames of 4K bytes.
 450
 451   Types of tests are:
 452   1.    Throughput test defines the maximum number of frames per second that can be transmitted without any error.
 453   2.    Latency test measures the time required for a frame to travel from the originating device through the network to the destination device. Please note that note RFC2544 Latency measurement will be superseded with a measurement of average latency over all successfully transferred packets or frames.
 454   3.    Frame loss test measures the network’s response in overload conditions - a critical indicator of the network’s ability to support real-time applications in which a large amount of frame loss will rapidly degrade service quality.
 455   4.    Burst test assesses the buffering capability of a switch. It measures the maximum number of frames received at full line rate before a frame is lost. In carrier Ethernet networks, this measurement validates the excess information rate (EIR) as defined in many SLAs.
 456   5.    System recovery to characterize speed of recovery from an overload condition
 457   6.    Reset to characterize speed of recovery from device or software reset. This type of test has been updated by [RFC6201] as such, the methodology defined by this specification will be that of RFC 6201.
 458
 459   Although not included in the defined RFC 2544 standard, another crucial measurement in Ethernet networking is packet delay variation. The definition set out by this specification comes from [RFC5481].
 460
 461   #####RFC 2285 Benchmarking Terminology for LAN Switching Devices
 462   RFC 2285 defines the terminology that is used to describe the terminology for benchmarking a LAN switching device. It extends RFC 1242 and defines: DUTs, SUTs, Traffic orientation and distribution, bursts, loads, forwarding rates, etc.
 463
 464   #####RFC 2889 Benchmarking Methodology for LAN Switching
 465   RFC 2889 outlines a benchmarking methodology for LAN switching, it extends RFC 2544. The outlined methodology gathers performance metrics for forwarding, congestion control, latency, address handling and finally filtering.
 466
 467   #####RFC 3918 Methodology for IP Multicast Benchmarking
 468   RFC 3918 outlines a methodology for IP Multicast benchmarking.
 469
 470   #####RFC 4737 Packet Reordering Metrics
 471   RFC 4737 describes metrics for identifying and counting re-ordered packets within a stream, and metrics to measure the extent each packet has been re-ordered.
 472
 473   #####RFC 5481 Packet Delay Variation Applicability Statement
 474   RFC 5481 defined two common, but different forms of delay variation metrics, and compares the metrics over a range of networking circumstances and tasks. The most suitable form for vSwitch benchmarking is the "PDV" form.
 475
 476   #####RFC 6201 Device Reset Characterization
 477   RFC 6201 extends the methodology for characterizing the speed of recovery of the DUT from device or software reset described in RFC 2544.
 478
 479
 480 <a name="TestIdentification"></a>
 481 ###2.3. Test identification
 482   <a name="ThroughputTests"></a>
 483   ####2.3.1 Throughput tests
 484   The following tests aim to determine the maximum forwarding rate that can be achieved with a virtual switch.
 485
 486   The following list is not exhaustive but should indicate the type of tests that should be required. It is expected that more will be added.
 487
 488   - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
 489
 490   **Title**: RFC 2544 X% packet loss ratio Throughput and Latency Test
 491
 492   **Prerequisite Test**: N/A
 493
 494   **Priority**:
 495
 496   **Description**:
 497
 498   This test determines the DUT's maximum forwarding rate with X% traffic loss for a constant load (fixed length frames at a fixed interval time). The default loss percentages to be tested are:
 499     - X = 0%
 500     - X = 10^-7%
 501
 502   Note: Other values can be tested if required by the user.
 503
 504   The selected frame sizes are those previously defined under [Default Test Parameters](#DefaultParams). The test can also be used to determine the average latency of the traffic.
 505
 506   Under the [RFC2544] test methodology, the test duration will include a number of trials; each trial should run for a minimum period of 60 seconds. A binary search methodology must be applied for each trial to obtain the final result.
 507
 508   **Expected Result**:
 509   At the end of each trial, the presence or absence of loss determines the modification of offered load for the next trial, converging on a maximum rate, or [RFC2544] Throughput with X% loss. The Throughput load is re-used in related [RFC2544] tests and other tests.
 510
 511   **Metrics Collected**:
 512
 513   The following are the metrics collected for this test:
 514
 515    - The maximum forwarding rate in Frames Per Second (FPS) and Mbps of the DUT for each frame size with X% packet loss.
 516    - The average latency of the traffic flow when passing through the DUT (if testing for latency, note that this average is different from the test specified in Section 26.3 of [RFC2544]).
 517
 518 <br/>
 519  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatioFrameModification
 520   **Title**: RFC 2544 X% packet loss Throughput and Latency Test with packet modification
 521
 522   **Prerequisite Test**: N\A
 523
 524   **Priority**:
 525
 526   **Description**:
 527
 528   This test determines the DUT's maximum forwarding rate with X% traffic loss for a constant load (fixed length frames at a fixed interval time). The default loss percentages to be tested are:
 529     - X = 0%
 530     - X = 10^-7%
 531
 532   Note: Other values can be tested if required by the user.
 533
 534   The selected frame sizes are those previously defined under [Default Test Parameters](#DefaultParams). The test can also be used to determine the average latency of the traffic.
 535
 536   Under the [RFC2544] test methodology, the test duration will include a number of trials; each trial should run for a minimum period of 60 seconds. A binary search methodology must be applied for each trial to obtain the final result.
 537
 538   During this test, the DUT must perform the following operations on the traffic flow:
 539
 540    - Perform packet parsing on the DUT's ingress port.
 541    - Perform any relevant address look-ups on the DUT's ingress ports.
 542    - Modify the packet header before forwarding the packet to the DUT's egress port. Packet modifications include:
 543      - Modifying the Ethernet source or destination MAC address.
 544      - Modifying/adding a VLAN tag.
 545      - Modifying/adding a MPLS tag.
 546      - Modifying the source or destination ip address.
 547      - Modifying the TOS/DSCP field.
 548      - Modifying the source or destination ports for UDP/TCP/SCTP  (Recommended).
 549      - Modifying the TTL.
 550
 551   **Expected Result**:
 552   The Packet parsing/modifications require some additional degree of processing resource, therefore the [RFC2544] Throughput is expected to be somewhat lower than the Throughput level measured without additional steps. The reduction is expected to be greatest on tests with the smallest packet sizes (greatest header processing rates).
 553
 554   **Metrics Collected**:
 555
 556   The following are the metrics collected for this test:
 557
 558    - The maximum forwarding rate in Frames Per Second (FPS) and Mbps of the DUT for each frame size with X% packet loss and packet modification operations being performed by the DUT.
 559    - The average latency of the traffic flow when passing through the DUT (if testing for latency, note that this average is different from the test specified in Section 26.3 of [RFC2544]).
 560    - The [RFC5481] PDV form of delay variation on the traffic flow, using the 99th percentile.
 561
 562 <br/>
 563  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.SystemRecoveryTime
 564   **Title**: RFC 2544 System Recovery Time Test
 565
 566   **Prerequisite Test**: N\A
 567
 568   **Priority**:
 569
 570   **Description**:
 571
 572   The aim of this test is to determine the length of time it takes the DUT to recover from an overload condition for a constant load (fixed length frames at a fixed interval time). The selected frame sizes are those previously defined under [Default Test Parameters](#DefaultParams), traffic should be sent to the DUT under normal conditions. During the duration of the test and while the traffic flows are passing though the DUT, at least one situation leading to an overload condition for the DUT should occur. The time from the start of the overload condition to when the DUT returns to normal operations should be measured to determine recovery time. Prior to overloading the DUT, one should record the average latency for 100 packets forwarded through the DUT.
 573
 574   The suggested overload condition would be to transmit traffic at a very high frame rate to the DUT, for at least 60 seconds, then reduce the frame rate to the DUT by half; A number of time-stamps should be recorded:
 575     - Record the time-stamp at which the frame rate was halved and record a second time-stamp at the time of the last frame lost. The recovery time is the difference between the two timestamps.
 576     - Record the average Latency for 100 frames after the last frame loss and continue to record average latency measurements for every 100 frames, when latency returns to pre-overload levels record the time-stamp.
 577
 578   **Expected Result**:
 579
 580   **Metrics collected**
 581
 582   The following are the metrics collected for this test:
 583
 584    - The length of time it takes the DUT to recover from an overload condition.
 585    - The length of time it takes the DUT to recover the average latency to pre-overload conditions.
 586
 587   **Deployment scenario**:
 588
 589    - Physical → virtual switch → physical.
 590
 591 <br/>
 592  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.BackToBackFrames
 593   **Title**: RFC 2544 Back To Back Frames Test
 594
 595   **Prerequisite Test**: N\A
 596
 597   **Priority**:
 598
 599   **Description**:
 600
 601   The aim of this test is to characterize the ability of the DUT to process back-to-back frames. For each frame size previously defined under [Default Test Parameters](#DefaultParams), a burst of traffic is sent to the DUT with the minimum inter-frame gap between each frame. If the number of received frames equals the number of frames that were transmitted, the burst size should be increased and traffic is sent to the DUT again. The value measured is the back-to-back value, that is the maximum burst size the DUT can handle without any frame loss.
 602
 603   **Expected Result**:
 604
 605   Tests of back-to-back frames with physical devices have produced unstable results in some cases. All tests should be repeated in multiple test sessions and results stability should be examined.
 606
 607   **Metrics collected**
 608
 609   The following are the metrics collected for this test:
 610
 611    - The back-to-back value, which is the the number of frames in the longest burst that the DUT will handle without the loss of any frames.
 612
 613   **Deployment scenario**:
 614
 615    - Physical → virtual switch → physical.
 616
 617 <br/>
 618   - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.Soak
 619   **Title**: RFC 2544 X% packet loss Throughput Soak Test
 620
 621   **Prerequisite Test** LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
 622
 623   **Priority**:
 624
 625   **Description**:
 626
 627   The aim of this test is to understand the Throughput stability over an extended test duration in order to uncover any outliers. To allow for an extended test duration, the test should ideally run for 24 hours or, if this is not possible, for at least 6 hour. For this test, each frame size must be sent at the highest Throughput with X% packet loss, as determined in the prerequisite test. The default loss percentages to be tested are:
 628     - X = 0%
 629     - X = 10^-7%
 630
 631   Note: Other values can be tested if required by the user.
 632
 633   **Expected Result**:
 634
 635   **Metrics Collected**:
 636
 637   The following are the metrics collected for this test:
 638
 639    - Throughput stability of the DUT.
 640    - Any outliers in the Throughput stability.
 641    - Any unexpected variation in Throughput stability.
 642
 643 <br/>
 644
 645   - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.SoakFrameModification
 646   **Title**: RFC 2544 X% packet loss Throughput Soak Test with Frame Modification
 647
 648   **Prerequisite Test** LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatioFrameModification
 649
 650   **Priority**:
 651
 652   **Description**:
 653
 654   The aim of this test is to understand the Throughput stability over an extended test duration in order to uncover any outliers. To allow for an extended test duration, the test should ideally run for 24 hours or, if this is not possible, for at least 6 hour. For this test, each frame size must be sent at the highest Throughput with X% packet loss, as determined in the prerequisite test. The default loss percentages to be tested are:
 655     - X = 0%
 656     - X = 10^-7%
 657
 658   Note: Other values can be tested if required by the user.
 659
 660   During this test, the DUT must perform the following operations on the traffic flow:
 661
 662    - Perform packet parsing on the DUT's ingress port.
 663    - Perform any relevant address look-ups on the DUT's ingress ports.
 664    - Modify the packet header before forwarding the packet to the DUT's egress port. Packet modifications include:
 665      - Modifying the Ethernet source or destination MAC address.
 666      - Modifying/adding a VLAN tag.
 667      - Modifying/adding a MPLS tag.
 668      - Modifying the source or destination ip address.
 669      - Modifying the TOS/DSCP field.
 670      - Modifying the source or destination ports for UDP/TCP/SCTP  (Recommended).
 671      - Modifying the TTL.
 672
 673   **Expected Result**:
 674
 675   **Metrics Collected**:
 676
 677   The following are the metrics collected for this test:
 678
 679    - Throughput stability of the DUT.
 680    - Any outliers in the Throughput stability.
 681    - Any unexpected variation in Throughput stability.
 682
 683 <br/>
 684
 685  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC6201.ResetTime
 686   **Title**: RFC 6201 Reset Time Test
 687
 688   **Prerequisite Test**: N\A
 689
 690   **Priority**:
 691
 692   **Description**:
 693
 694   The aim of this test is to determine the length of time it takes the DUT to recover from a reset. For each frame size previously defined under [Default Test Parameters](#DefaultParams), traffic should be sent to the DUT under normal conditions. During the duration of the test and while the traffic flows are passing through the DUT, the DUT should be reset and the Reset time measured. The Reset time is the total time that a device is determined to be out of operation and includes the time to perform the reset and the time to recover from it (cf. [RFC6201])
 695
 696   [RFC6201] defines two methods to measure the Reset time:
 697     - Frame-Loss Method: which requires the monitoring of the number of lost frames and calculates the Reset time based on the number of frames lost and the offered rate according to the following formula:
 698   <pre><code>
 699                               Frames_lost (packets)
 700           Reset_time = -------------------------------------
 701                          Offered_rate (packets per second)
 702   </code></pre>
 703     - Timestamp Method: which measures the time from which the last frame is forwarded from the DUT to the time the first frame is forwarded after the reset. This involves time-stamping all transmitted frames and recording the timestamp of the last frame that was received prior to the reset and also measuring the timestamp of the first frame that is received after the reset. The Reset time is the difference between these two timestamps.
 704
 705   According to [RFC6201] the choice of method depends on the test tool's capability; the Frame-Loss method SHOULD be used if the test tool supports:
 706     - Counting the number of lost frames per stream.
 707     - Transmitting test frame despite the physical link status.
 708
 709   whereas the Timestamp method SHOULD be used if the test tool supports:
 710     - Timestamping each frame.
 711     - Monitoring received frame's timestamp.
 712     - Transmitting frames only if the physical link status is up.
 713
 714   **Expected Result**:
 715
 716   **Metrics collected**
 717
 718   The following are the metrics collected for this test:
 719    - Average Reset Time.
 720
 721   Results of this test should include the following information:
 722    - Throughput in Fps and Mbps.
 723    - Average Frame Loss.
 724    - Average Reset Time in milliseconds.
 725    - Number of trials.
 726    - Protocol: IPv4, IPv6, MPLS, etc.
 727    - Frame Size in Octets
 728    - Port Media: Ethernet, Gigabit Ethernet (GbE), etc.
 729    - Port Speed: 10 Gbps, 40 Gbps etc.
 730    - Interface Encapsulation: Ethernet, Ethernet VLAN, etc.
 731
 732   **Deployment scenario**:
 733
 734    - Physical → virtual switch → physical.
 735
 736 <br/>
 737
 738  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.ForwardingRate
 739
 740   **Title**: RFC2889 Forwarding Rate Test
 741
 742   **Prerequisite Test**: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
 743
 744   **Priority**:
 745
 746   **Description**:
 747
 748   This test measures the DUT's Max Forwarding Rate when the Offered Load is varied between the throughput and the Maximum Offered Load for fixed length frames at a fixed time interval. The selected frame sizes are those previously defined under [Default Test Parameters](#DefaultParams). The throughput is the maximum offered load with 0% frame loss (measured by the prerequisite test), and the Maximum Offered Load (as defined by [RFC2885]) is _"the highest number of frames per second that an external source can transmit to a DUT/SUT for forwarding to a specified output interface or interfaces"_.
 749
 750   Traffic should be sent to the DUT at a particular rate (TX rate) starting with TX rate equal to the throughput rate. The rate of successfully received frames at the destination counted (in FPS). If the RX rate is equal to the TX rate, the TX rate should be increased by a fixed step size and the RX rate measured again until the Max Forwarding Rate is found.
 751
 752   The trial duration for each iteration should last for the period of time needed for the system to reach steady state for the frame size being tested. Under [RFC2889] test methodology, the test duration should run for a minimum period of 30 seconds, regardless whether the system reaches steady state before the minimum duration ends.
 753
 754   **Expected Result**:
 755   According to [RFC2889] The Max Forwarding Rate is the highest forwarding rate of a DUT taken from an iterative set of forwarding rate measurements. The iterative set of forwarding rate measurements are made by setting the intended load transmitted from an external source and measuring the offered load (i.e what the DUT is capable of forwarding). If the Throughput == the Maximum Offered Load, it follows that Max Forwarding Rate is equal to the Maximum Offered Load.
 756
 757   **Metrics Collected**:
 758
 759   The following are the metrics collected for this test:
 760
 761    - The Max Forwarding Rate for the DUT for each packet size.
 762
 763 <br/>
 764  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.ForwardPressure
 765   **Title**: RFC2889 Forward Pressure Test
 766
 767   **Prerequisite Test**: LTD.Throughput.RFC2889.ForwardingRate
 768
 769   **Priority**:
 770
 771   **Description**:
 772
 773   The aim of this test is to determine if the DUT transmits frames with an inter-frame gap that is less than 12 bytes. This test overloads the DUT and measures the output for forward pressure. Traffic should be transmitted to the DUT with an inter-frame gap of 11 bytes, this will overload the DUT by 1 byte per frame. The forwarding rate of the DUT should be measured.
 774
 775   **Expected Result**:
 776   The forwarding rate should not exceed the maximum forwarding rate of the DUT collected by LTD.Throughput.RFC2889.ForwardingRate.
 777
 778   **Metrics collected**
 779
 780   The following are the metrics collected for this test:
 781
 782    - Forwarding rate of the DUT.
 783
 784   **Deployment scenario**:
 785
 786    - Physical → virtual switch → physical.
 787
 788 <br/>
 789 [RFC1242]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc1242.txt)
 790 [RFC2544]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc2544.txt)
 791 [RFC2885]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc2885.txt)
 792 [RFC2889]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc2889.txt)
 793 [RFC5481]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc5481.txt)
 794 [RFC6201]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc6201.txt)
 795 [DPDK]:http://www.dpdk.org/