test_spec: Clarify LTD.PacketLatency.InitialPacketProcessingLatency
[vswitchperf.git] / 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     - [2.2.1 Details of the Test Report](#TestReport)
15   - [2.3. Test identification](#TestIdentification)
16     - [2.3.1 Throughput tests](#ThroughputTests)
17     - [2.3.2 Packet Delay Tests](#PacketDelayTests)
18     - [2.3.3 Scalability Tests](#ScalabilityTests)
19     - [2.3.4 CPU and Memory Consumption Tests](#CPUTests)
20     - [2.3.5 Coupling Between the Control Path and The Datapath Tests](#CPDPTests)
21     - [2.3.6 Time to Establish Flows Tests](#FlowLatencyTests)
22     - [2.3.7 Noisy Neighbour Tests](#NoisyNeighbourTests)
23     - [2.3.8 Overlay Tests](#OverlayTests)
24     - [2.3.9 Summary Test List](#SummaryList)
25   - [2.4. Feature pass/fail criteria](#PassFail)
26   - [2.5. Test deliverables](#TestDeliverables)
27
28
29 - [3. General](#General)
30   - [3.1. Glossary](#Glossary)
31   - [3.2. Document change procedures and history](#History)
32   - [3.3. Contributors](#Contributors)
33
34 <br/>
35
36 ---
37 <a name="Introduction"></a>
38 ##1. Introduction
39   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).
40
41  This document is currently in draft form.
42
43   <a name="DocId"></a>
44   ###1.1. Document identifier
45   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.
46
47   <a name="Scope"></a>
48   ###1.2. Scope
49   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.
50
51   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.
52
53   <a name="References"></a>
54   ###1.3. References
55
56   - [RFC 1242 Benchmarking Terminology for Network Interconnection Devices](http://www.ietf.org/rfc/rfc1242.txt)
57   - [RFC 2544 Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices](http://www.ietf.org/rfc/rfc2544.txt)
58   - [RFC 2285 Benchmarking Terminology for LAN Switching Devices](http://www.ietf.org/rfc/rfc2285.txt)
59   - [RFC 2889 Benchmarking Methodology for LAN Switching Devices](http://www.ietf.org/rfc/rfc2889.txt)
60   - [RFC 3918 Methodology for IP Multicast Benchmarking](http://www.ietf.org/rfc/rfc3918.txt)
61   - [RFC 4737 Packet Reordering Metrics](http://www.ietf.org/rfc/rfc4737.txt)
62   - [RFC 5481 Packet Delay Variation Applicability Statement](http://www.ietf.org/rfc/rfc5481.txt)
63   - [RFC 6201 Device Reset Characterization](http://tools.ietf.org/html/rfc6201)
64
65 <br/>
66
67 <a name=" DetailsOfTheLevelTestDesign"></a>
68 ##2. Details of the Level Test Design
69 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)).
70
71 <a name="FeaturesToBeTested"></a>
72   ###2.1. Features to be tested
73   Characterizing virtual switches (i.e. Device Under Test (DUT) in this document) includes measuring the following performance metrics:
74    - **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.
75    - **Packet delay** introduced by the DUT and its cumulative effect on E2E networks. Frame delay can be measured equivalently.
76    - **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].
77    - **Packet loss** (within a configured waiting time at the receiver): All packets sent to the DUT should be accounted for.
78    - **Burst behaviour**: measures the ability of the DUT to buffer packets.
79    - **Packet re-ordering**: measures the ability of the device under test to maintain sending order throughout transfer to the destination.
80    - **Packet correctness**: packets or Frames must be well-formed, in that they include all required fields, conform to length requirements, pass integrity checks, etc.
81    - **Availability and capacity** of the DUT i.e. when the DUT is fully “up” and connected:
82      - Includes power consumption of the CPU (in various power states) and system.
83      - Includes CPU utilization.
84      - Includes the number of NIC interfaces supported.
85      - Includes headroom of VM workload processing cores (i.e. available for applications).
86
87 <a name="Approach"></a>
88  ###2.2. Approach
89  In order to determine the packet transfer characteristics of a virtual switch, the tests will be broken down into the following categories:
90
91   - **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.
92   - **Packet and Frame Delay Tests** to measure average, min and max packet and frame delay for constant loads.
93   - **Stream Performance Tests** (TCP, UDP) to measure bulk data transfer performance, i.e. how fast systems can send and receive data through the switch.
94   - **Request/Response Performance** Tests (TCP, UDP) the measure the transaction rate through the switch.
95   - **Packet Delay Tests** to understand latency distribution for different packet sizes and over an extended test run to uncover outliers.
96   - **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.
97   - **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.
98   - **CPU and Memory Consumption Tests** to understand the virtual switch’s footprint on the system, this includes:
99    - CPU utilization
100    - Cache utilization
101    - Memory footprint
102   - Time To Establish Flows Tests.
103   - **Noisy Neighbour Tests**, to understand the effects of resource sharing on the performance of a virtual switch.
104
105 **Note:** some of the tests above can be conducted simultaneously where the combined results would be insightful, for example Packet/Frame Delay and Scalability.
106
107 The following represents possible deployments which can help to determine the performance of both the virtual switch and the datapath into the VNF:
108
109   - Physical port  → virtual switch → physical port.
110
111 <pre><code>
112                                                          __
113     +--------------------------------------------------+   |
114     |              +--------------------+              |   |
115     |              |                    |              |   |
116     |              |                    v              |   |  Host
117     |   +--------------+            +--------------+   |   |
118     |   |   phy port   |  vSwitch   |   phy port   |   |   |
119     +---+--------------+------------+--------------+---+ __|
120                ^                           :
121                |                           |
122                :                           v
123     +--------------------------------------------------+
124     |                                                  |
125     |                traffic generator                 |
126     |                                                  |
127     +--------------------------------------------------+
128 </code></pre>
129
130   - Physical port → virtual switch → VNF → virtual switch → physical port.
131
132 <pre><code>
133                                                           __
134     +---------------------------------------------------+   |
135     |                                                   |   |
136     |   +-------------------------------------------+   |   |
137     |   |                 Application               |   |   |
138     |   +-------------------------------------------+   |   |
139     |       ^                                  :        |   |
140     |       |                                  |        |   |  Guest
141     |       :                                  v        |   |
142     |   +---------------+           +---------------+   |   |
143     |   | logical port 0|           | logical port 1|   |   |
144     +---+---------------+-----------+---------------+---+ __|
145             ^                                  :
146             |                                  |
147             :                                  v         __
148     +---+---------------+----------+---------------+---+   |
149     |   | logical port 0|          | logical port 1|   |   |
150     |   +---------------+          +---------------+   |   |
151     |       ^                                  :       |   |
152     |       |                                  |       |   |  Host
153     |       :                                  v       |   |
154     |   +--------------+            +--------------+   |   |
155     |   |   phy port   |  vSwitch   |   phy port   |   |   |
156     +---+--------------+------------+--------------+---+ __|
157                ^                           :
158                |                           |
159                :                           v
160     +--------------------------------------------------+
161     |                                                  |
162     |                traffic generator                 |
163     |                                                  |
164     +--------------------------------------------------+
165 </code></pre>
166
167   - Physical port → virtual switch → VNF → virtual switch → VNF → virtual switch → physical port.
168
169 <pre><code>
170
171                                                    __
172  +----------------------+  +----------------------+  |
173  |   Guest 1            |  |   Guest 2            |  |
174  |   +---------------+  |  |   +---------------+  |  |
175  |   |  Application  |  |  |   |  Application  |  |  |
176  |   +---------------+  |  |   +---------------+  |  |
177  |       ^       |      |  |       ^       |      |  |
178  |       |       v      |  |       |       v      |  |  Guests
179  |   +---------------+  |  |   +---------------+  |  |
180  |   | logical ports |  |  |   | logical ports |  |  |
181  |   |   0       1   |  |  |   |   0       1   |  |  |
182  +---+---------------+--+  +---+---------------+--+__|
183          ^       :                 ^       :
184          |       |                 |       |
185          :       v                 :       v       _
186  +---+---------------+---------+---------------+--+ |
187  |   |   0       1   |         |   3       4   |  | |
188  |   | logical ports |         | logical ports |  | |
189  |   +---------------+         +---------------+  | |
190  |       ^       |                 ^       |      | |  Host
191  |       |       L-----------------+       v      | |
192  |   +--------------+          +--------------+   | |
193  |   |   phy ports  | vSwitch  |   phy ports  |   | |
194  +---+--------------+----------+--------------+---+_|
195          ^       :                 ^       :
196          |       |                 |       |
197          :       v                 :       v
198  +--------------------------------------------------+
199  |                                                  |
200  |                traffic generator                 |
201  |                                                  |
202  +--------------------------------------------------+
203
204 </code></pre>
205
206   - Physical port → virtual switch → VNF.
207
208 <pre><code>
209                                                           __
210     +---------------------------------------------------+   |
211     |                                                   |   |
212     |   +-------------------------------------------+   |   |
213     |   |                 Application               |   |   |
214     |   +-------------------------------------------+   |   |
215     |       ^                                           |   |
216     |       |                                           |   |  Guest
217     |       :                                           |   |
218     |   +---------------+                               |   |
219     |   | logical port 0|                               |   |
220     +---+---------------+-------------------------------+ __|
221             ^
222             |
223             :                                            __
224     +---+---------------+------------------------------+   |
225     |   | logical port 0|                              |   |
226     |   +---------------+                              |   |
227     |       ^                                          |   |
228     |       |                                          |   |  Host
229     |       :                                          |   |
230     |   +--------------+                               |   |
231     |   |   phy port   |  vSwitch                      |   |
232     +---+--------------+------------ -------------- ---+ __|
233                ^
234                |
235                :
236     +--------------------------------------------------+
237     |                                                  |
238     |                traffic generator                 |
239     |                                                  |
240     +--------------------------------------------------+
241 </code></pre>
242
243   - VNF → virtual switch → physical port.
244
245 <pre><code>
246                                                           __
247     +---------------------------------------------------+   |
248     |                                                   |   |
249     |   +-------------------------------------------+   |   |
250     |   |                 Application               |   |   |
251     |   +-------------------------------------------+   |   |
252     |                                          :        |   |
253     |                                          |        |   |  Guest
254     |                                          v        |   |
255     |                               +---------------+   |   |
256     |                               | logical port  |   |   |
257     +-------------------------------+---------------+---+ __|
258                                                :
259                                                |
260                                                v         __
261     +------------------------------+---------------+---+   |
262     |                              | logical port  |   |   |
263     |                              +---------------+   |   |
264     |                                          :       |   |
265     |                                          |       |   |  Host
266     |                                          v       |   |
267     |                               +--------------+   |   |
268     |                     vSwitch   |   phy port   |   |   |
269     +-------------------------------+--------------+---+ __|
270                                            :
271                                            |
272                                            v
273     +--------------------------------------------------+
274     |                                                  |
275     |                traffic generator                 |
276     |                                                  |
277     +--------------------------------------------------+
278 </code></pre>
279
280   - virtual switch → VNF → virtual switch.
281
282 <pre><code>
283                                                                                                                  __
284     +---------------------------------------------------+   +---------------------------------------------------+  |
285     |   Guest 1                                         |   |   Guest 2                                         |  |
286     |   +-------------------------------------------+   |   |   +-------------------------------------------+   |  |
287     |   |                 Application               |   |   |   |                 Application               |   |  |
288     |   +-------------------------------------------+   |   |   +-------------------------------------------+   |  |
289     |                                          :        |   |       ^                                           |  |
290     |                                          |        |   |       |                                           |  |  Guest
291     |                                          v        |   |       :                                           |  |
292     |                               +---------------+   |   |   +---------------+                               |  |
293     |                               | logical port 0|   |   |   | logical port 0|                               |  |
294     +-------------------------------+---------------+---+   +---+---------------+-------------------------------+__|
295                                                :                    ^
296                                                |                    |
297                                                v                    :                                            __
298     +------------------------------+---------------+------------+---------------+-------------------------------+  |
299     |                              |     port 0    |            |     port 1    |                               |  |
300     |                              +---------------+            +---------------+                               |  |
301     |                                          :                    ^                                           |  |
302     |                                          |                    |                                           |  |  Host
303     |                                          +--------------------+                                           |  |
304     |                                                                                                           |  |
305     |                                                  vswitch                                                  |  |
306     +-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+__|
307 </code></pre>
308
309   - HOST 1(Physical port → virtual switch → VNF → virtual switch → Physical port) → HOST 2(Physical port → virtual switch → VNF → virtual switch → Physical port)
310
311 <pre><code>
312
313  +--------------------------------------------+                 +------------------------------------------+
314  |   +---------------------------------+      |                 |    +--------------------------------+    |
315  |   |          Application            |      |                 |    |         Application            |    |
316  |   +----------------------------+----+      |                 |    +-------------------------+------+    |
317  |         ^                      |           |                 |           ^                  |           |
318  |         |                      v           |                 |           |                  v           |
319  | +-------+----------+  +------------------+ |                 | +---------+--------+  +----------------+ |
320  | | Logical port 0   |  | Logical port 1   | |                 | | Logical port 0   |  |Logical port 1  | |
321  +-+------------------+--+------------------+-+                 +-+------------------+--+------+---------+-+
322            ^                      |                                         ^                  |
323            |                      |                                         |                  |
324            |                      v                                         |                  v
325  +-+-------+----------+--+------------------+-+                 +-+---------+--------+--+----------------+-+
326  | | Logical port 0   |  |  Logical port 1  | |                 | | Logical port 0   |  | Logical port 1 | |
327  | +------------------+  +----------+-------+ |                 | +------------------+  +------+---------+ |
328  |          ^                       |         |                 |           ^                  |           |
329  |          |                       |         |                 |           |                  |           |
330  |          |       vswitch         v         |                 |           |     vswitch      v           |
331  | +--------+---------+  +------------------+ |                 | +---------+--------+  +----------------+ |
332  | |    phy port      |  |    phy port      | |                 | |  phy port        |  |  phy port      | |
333  +-+--------+---------+--+----------+-------+-+                 +-+---------+--------+--+------+---------+-+
334             ^                       +---------------------------------------+                  |
335             |                                                                                  v
336  +----------+----------------------------------------------------------------------------------+-----------+
337  |                                                                                                         |
338  |                                    traffic generator                                                    |
339  |                                                                                                         |
340  +---------------------------------------------------------------------------------------------------------+
341 </code></pre>
342
343 **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.
344
345  ####General Methodology:
346
347   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 or vloop_vnf a simple kernel module that forwards traffic between two network interfaces inside the virtualized environment while bypassing the networking stack). 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.
348
349  <a name="DefaultParams"></a>
350  #####Default Test Parameters:
351  The following list identifies the default parameters for suite of tests:
352
353  - Reference application: Simple forwarding or Open Source VNF.
354  - Frame size (bytes): 64, 128, 256, 512, 1024, 1280, 1518, 2K, 4k OR Packet size based on use-case (e.g. RTP 64B, 256B).
355  - Reordering check: Tests should confirm that packets within a flow are not reordered.
356  - 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.
357  - 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.
358  - Traffic Types: UDP, SCTP, RTP, GTP and UDP traffic.
359  - Deployment scenarios are:
360    - Physical → virtual switch → physical.
361    - Physical → virtual switch → VNF → virtual switch → physical.
362    - Physical → virtual switch → VNF → virtual switch → VNF → virtual switch → physical.
363    - Physical → virtual switch → VNF.
364    - VNF → virtual switch → Physical.
365    - VNF → virtual switch → VNF.
366
367  Tests MUST have these parameters unless otherwise stated. **Test cases with non default parameters will be stated explicitly**.
368
369  **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.
370
371 #####Flow Classification:
372 Virtual switches group packets into flows by processing and matching particular header fields in the packet or frame, or by matching packets based on the input ports into the vSwitch. Thus a flow is considered to be a sequence of packets that have a shared set of header field values or have arrived on the same port. Performance results can vary based on the parameters the vSwitch uses to match for a flow. The recommended  flow classification parameters for any vSwitch performance tests are: the input port, the source IP address, the destination IP address and the Ethernet protocol type field. It is essential to increase the flow time-out time on a vSwitch before conducting any performance tests that do not measure the flow set-up time. Normally the first packet of a particular flow will install the flow in the vSwitch which adds an additional latency, subsequent packets of the same flow are not subject to this latency if the flow is already installed on the vSwitch.
373
374  #####Test Priority
375   Tests will be assigned a priority in order to determine which tests should be implemented immediately and which tests implementations can be deferred.
376
377  Priority can be of following types:
378   - Urgent: Must be implemented immediately.
379   - High: Must be implemented in the next release.
380   - Medium: May be implemented after the release.
381   - Low: May or may not be implemented at all.
382
383  #####DUT Setup
384  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.
385
386  #####Port Configuration
387  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.
388
389  #####Frame formats
390   Layer 2 (data link layer) protocols:
391
392   -  Ethernet II
393
394   <pre><code>
395
396   +-----------------------------+-----------------------------------------------------------------------+---------+
397   |       Ethernet Header       |                                Payload                                |Check Sum|
398   +-----------------------------+-----------------------------------------------------------------------+---------+
399    |___________________________| |_____________________________________________________________________| |_______|
400               14 Bytes                                       46 - 1500 Bytes                              4 Bytes
401
402   </code></pre>
403
404   Layer 3 (network layer) protocols:
405
406   - IPv4
407
408   <pre><code>
409
410   +-----------------------------+-------------------------------------+---------------------------------+---------+
411   |       Ethernet Header       |              IP Header              |             Payload             |Check Sum|
412   +-----------------------------+-------------------------------------+---------------------------------+---------+
413    |___________________________| |___________________________________| |_______________________________| |_______|
414               14 Bytes                         20 Bytes                         26 - 1480 Bytes           4 Bytes
415
416   </code></pre>
417
418   - IPv6
419
420   <pre><code>
421
422   +-----------------------------+-------------------------------------+---------------------------------+---------+
423   |       Ethernet Header       |              IP Header              |             Payload             |Check Sum|
424   +-----------------------------+-------------------------------------+---------------------------------+---------+
425    |___________________________| |___________________________________| |_______________________________| |_______|
426               14 Bytes                         40 Bytes                         26 - 1460 Bytes           4 Bytes
427
428   </code></pre>
429
430   Layer 4 (transport layer) protocols:
431   - TCP
432   - UDP
433   - SCTP
434
435   <pre><code>
436
437   +-----------------------------+-------------------------------------+-----------------+---------------+---------+
438   |       Ethernet Header       |              IP Header              | Layer 4 Header  |    Payload    |Check Sum|
439   +-----------------------------+-------------------------------------+-----------------+---------------+---------+
440    |___________________________| |___________________________________| |_______________| |_____________| |_______|
441               14 Bytes                         20 Bytes                    20 Bytes       6 - 1460 Bytes  4 Bytes
442
443   </code></pre>
444
445   Layer 5 (application layer) protocols:
446
447   - RTP
448   - GTP
449
450   <pre><code>
451
452   +-----------------------------+-------------------------------------+-----------------+---------------+---------+
453   |       Ethernet Header       |              IP Header              | Layer 4 Header  |    Payload    |Check Sum|
454   +-----------------------------+-------------------------------------+-----------------+---------------+---------+
455    |___________________________| |___________________________________| |_______________| |_____________| |_______|
456               14 Bytes                         20 Bytes                    20 Bytes        Min 6 Bytes    4 Bytes
457
458   </code></pre>
459
460   #####Packet Throughput
461   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.
462
463   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.
464
465   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.
466
467   The maximum frame rate is calculated using the minimum values of the following parameters, as described in the IEEE 802 .3ae standard:
468
469   - Preamble: 8 bytes * 8 = 64 bits
470   -  Frame Length: 64 bytes (minimum) * 8 = 512 bits
471   -  Inter-frame Gap: 12 bytes (minimum) * 8 = 96 bits
472
473   Therefore, Maximum Frame Rate (64B Frames)
474
475   = MAC Transmit Bit Rate / (Preamble + Frame Length + Inter-frame Gap)
476
477   = 10,000,000,000 / (64 + 512 + 96)
478
479   = 10,000,000,000 / 672
480
481   = 14,880,952.38 frame per second (fps)
482
483 ####System isolation and validation
484 A key consideration when conducting any sort of benchmark is trying to ensure the consistency and repeatability of test results between runs. When benchmarking the performance of a virtual switch there are many factors that can affect the consistency of results. This section describes these factors and the measures that can be taken to limit their effects. In addition, this section will outline some system tests to validate the platform and the VNF before conducting any vSwitch benchmarking tests.
485
486 #####System Isolation
487 When conducting a benchmarking test on any SUT, it is essential to limit (and if reasonable, eliminate) any noise that may interfere with the accuracy of the metrics collected by the test. This noise may be introduced by other hardware or software (OS, other applications), and can result in significantly varying performance metrics being collected between consecutive runs of the same test. In the case of characterizing the performance of a virtual switch, there are a number of configuration parameters that can help increase the repeatability and stability of test results, including:
488
489   - OS/GRUB configuration:
490     - maxcpus = n where n >= 0; limits the kernel to using 'n' processors. Only use exactly what you need.
491     - isolcpus: Isolate CPUs from the general scheduler. Isolate all CPUs bar one which will be used by the OS.
492     - use taskset to affinitize the forwarding application and the VNFs onto isolated cores. VNFs and the vSwitch should be allocated their own cores, i.e. must not share the same cores. vCPUs for the VNF should be affinitized to individual cores also.
493     - Limit the amount of background applications that are running and set OS to boot to runlevel 3. Make sure to kill any unnecessary system processes/daemons.
494     - Only enable hardware that you need to use for your test – to ensure there are no other interrupts on the system.
495     - Configure NIC interrupts to only use the cores that are not allocated to any other process (VNF/vSwitch).
496   - NUMA configuration: Any unused sockets in a multi-socket system should be disabled.
497   - CPU pinning: The vSwitch and the VNF should each be affinitized to separate logical cores using a combination of maxcpus, isolcpus and taskset.
498   - BIOS configuration: BIOS should be configured for performance where an explicit option exists, sleep states should be disabled, any virtualization optimization technologies should be enabled, and hyperthreading should also be enabled.
499
500 #####System Validation
501 System validation is broken down into two sub-categories: Platform validation and VNF validation. The validation test itself involves verifying the forwarding capability and stability for the sub-system under test. The rationale behind system validation is two fold. Firstly to give a tester confidence in the stability of the platform or VNF that is being tested; and secondly to provide base performance comparison points to understand the overhead introduced by the virtual switch.
502
503 ######Benchmark platform forwarding capability
504 This is an OPTIONAL test used to verify the platform and measure the base performance (maximum forwarding rate in fps and latency) that can be achieved by the platform without a vSwitch or a VNF.
505
506 The following diagram outlines the set-up for benchmarking Platform forwarding capability:
507 <pre><code>
508                                                          __
509     +--------------------------------------------------+   |
510     |   +------------------------------------------+   |   |
511     |   |                                          |   |   |
512     |   |          l2fw or DPDK L2FWD app          |   |  Host
513     |   |                                          |   |   |
514     |   +------------------------------------------+   |   |
515     |   |                 NIC                      |   |   |
516     +---+------------------------------------------+---+ __|
517                ^                           :
518                |                           |
519                :                           v
520     +--------------------------------------------------+
521     |                                                  |
522     |                traffic generator                 |
523     |                                                  |
524     +--------------------------------------------------+
525 </code></pre>
526
527 ######Benchmark VNF forwarding capability
528 This test is used to verify the VNF and measure the base performance (maximum forwarding rate in fps and latency) that can be achieved by the VNF without a vSwitch. The performance metrics collected by this test will serve as a key comparison point for NIC passthrough technologies and vSwitches. VNF in this context refers to the hypervisor and the VM.
529
530 The following diagram outlines the set-up for benchmarking VNF forwarding capability:
531 <pre><code>
532                                                          __
533     +--------------------------------------------------+   |
534     |   +------------------------------------------+   |   |
535     |   |                                          |   |   |
536     |   |                 VNF                      |   |   |
537     |   |                                          |   |   |
538     |   +------------------------------------------+   |   |
539     |   |          Passthrough/SR-IOV              |   |  Host
540     |   +------------------------------------------+   |   |
541     |   |                 NIC                      |   |   |
542     +---+------------------------------------------+---+ __|
543                ^                           :
544                |                           |
545                :                           v
546     +--------------------------------------------------+
547     |                                                  |
548     |                traffic generator                 |
549     |                                                  |
550     +--------------------------------------------------+
551 </code></pre>
552
553 ######Methodology to benchmark Platform/VNF forwarding capability
554 The recommended methodology for the platform/VNF validation and benchmark is:
555   - Run [RFC2889] Maximum Forwarding Rate test, this test will produce maximum forwarding rate and latency results that will serve as the expected values. These expected values can be used in subsequent steps or compared with in subsequent validation tests.
556   - Transmit bidirectional traffic at line rate/max forwarding rate (whichever is higher) for at least 72 hours, measure throughput (fps) and latency.
557   - Note: Traffic should be bidirectional.
558   - Establish a baseline forwarding rate for what the platform can achieve.
559   - Additional validation: After the test has completed for 72 hours run bidirectional traffic at the maximum forwarding rate once more to see if the system is still functional and measure throughput (fps) and latency. Compare the measure the new obtained values with the expected values.
560
561 **NOTE 1**: How the Platform is configured for its forwarding capability test (BIOS settings, GRUB configuration, runlevel...) is how the platform should be configured for every test after this
562
563 **NOTE 2**: How the VNF is configured for its forwarding capability test (# of vCPUs, vNICs, Memory, affinitization…) is how it should be configured for every test that uses a VNF after this.
564
565 ####RFCs for testing switch performance
566 The starting point for defining the suite of tests for benchmarking the performance of a virtual switch is to take existing RFCs and standards that were designed to test their physical counterparts and adapting them for testing virtual switches. The rationale behind this is to establish a fair comparison between the performance of virtual and physical switches. This section outlines the RFCs that are used by this specification.
567
568   #####RFC 1242 Benchmarking Terminology for Network Interconnection Devices
569   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.
570
571   #####RFC 2544 Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices
572   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.
573
574   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.
575
576   Types of tests are:
577   1.    Throughput test defines the maximum number of frames per second that can be transmitted without any error.
578   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.
579   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.
580   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.
581   5.    System recovery to characterize speed of recovery from an overload condition
582   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.
583
584   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].
585
586   #####RFC 2285 Benchmarking Terminology for LAN Switching Devices
587   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.
588
589   #####RFC 2889 Benchmarking Methodology for LAN Switching
590   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.
591
592   #####RFC 3918 Methodology for IP Multicast Benchmarking
593   RFC 3918 outlines a methodology for IP Multicast benchmarking.
594
595   #####RFC 4737 Packet Reordering Metrics
596   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.
597
598   #####RFC 5481 Packet Delay Variation Applicability Statement
599   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.
600
601   #####RFC 6201 Device Reset Characterization
602   RFC 6201 extends the methodology for characterizing the speed of recovery of the DUT from device or software reset described in RFC 2544.
603
604   <a name="TestReport"></a>
605   ####2.2.1 Details of the Test Report
606   There are a number of parameters related to the system, DUT and tests that can affect the repeatability of a test results and should be recorded. In order to minimise the variation in the results of a test, it is recommended that the test report includes the following information:
607
608   - Hardware details including:
609     - Platform details.
610     - Processor details.
611     - Memory information (see below)
612     - Number of enabled cores.
613     - Number of cores used for the test.
614     - Number of physical NICs, as well as their details (manufacturer, versions, type and the PCI slot they are plugged into).
615     - NIC interrupt configuration.
616     - BIOS version, release date and any configurations that were modified.
617   - Software details including:
618     - OS version (for host and VNF)
619     - Kernel version (for host and VNF)
620     - GRUB boot parameters (for host and VNF).
621     - Hypervisor details (Type and version).
622     - Selected vSwitch, version number or commit id used.
623       - vSwitch launch command line if it has been parameterised.
624       - Memory allocation to the vSwitch – which NUMA node it is using, and how many memory channels.
625     - DPDK or any other SW dependency version number or commit id used.
626     - Memory allocation to a VM - if it's from Hugpages/elsewhere.
627     - VM storage type: snapshot/independent persistent/independent non-persistent.
628     - Number of VMs.
629     - Number of Virtual NICs (vNICs), versions, type and driver.
630     - Number of virtual CPUs and their core affinity on the host.
631     - Number vNIC interrupt configuration.
632     - Thread affinitization for the applications (including the vSwitch itself) on the host.
633     - Details of Resource isolation, such as CPUs designated for Host/Kernel (isolcpu) and CPUs designated for specific processes (taskset).
634   - Memory Details
635     - Total memory
636     - Type of memory
637     - Used memory
638     - Active memory
639     - Inactive memory
640     - Free memory
641     - Buffer memory
642     - Swap cache
643     - Total swap
644     - Used swap
645     - Free swap
646   - Test duration.
647   - Number of flows.
648   - Traffic Information:
649     - Traffic type - UDP, TCP, IMIX / Other.
650     - Packet Sizes.
651   - Deployment Scenario.
652
653   Note: Tests that require additional parameters to be recorded will explicitly specify this.
654
655 <a name="TestIdentification"></a>
656 ###2.3. Test identification
657   <a name="ThroughputTests"></a>
658   ####2.3.1 Throughput tests
659   The following tests aim to determine the maximum forwarding rate that can be achieved with a virtual switch.
660
661   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.
662
663   - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
664
665   **Title**: RFC 2544 X% packet loss ratio Throughput and Latency Test
666
667   **Prerequisite Test**: N/A
668
669   **Priority**:
670
671   **Description**:
672
673   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:
674     - X = 0%
675     - X = 10^-7%
676
677   Note: Other values can be tested if required by the user.
678
679   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.
680
681   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.
682
683   **Expected Result**:
684   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.
685
686   **Metrics Collected**:
687
688   The following are the metrics collected for this test:
689
690    - The maximum forwarding rate in Frames Per Second (FPS) and Mbps of the DUT for each frame size with X% packet loss.
691    - 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]).
692    - CPU and memory utilization may also be collected as part of this test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
693
694 <br/>
695  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatioFrameModification
696   **Title**: RFC 2544 X% packet loss Throughput and Latency Test with packet modification
697
698   **Prerequisite Test**: N\A
699
700   **Priority**:
701
702   **Description**:
703
704   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:
705     - X = 0%
706     - X = 10^-7%
707
708   Note: Other values can be tested if required by the user.
709
710   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.
711
712   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.
713
714   During this test, the DUT must perform the following operations on the traffic flow:
715
716    - Perform packet parsing on the DUT's ingress port.
717    - Perform any relevant address look-ups on the DUT's ingress ports.
718    - Modify the packet header before forwarding the packet to the DUT's egress port. Packet modifications include:
719      - Modifying the Ethernet source or destination MAC address.
720      - Modifying/adding a VLAN tag. (Recommended).
721      - Modifying/adding a MPLS tag.
722      - Modifying the source or destination ip address.
723      - Modifying the TOS/DSCP field.
724      - Modifying the source or destination ports for UDP/TCP/SCTP.
725      - Modifying the TTL.
726
727   **Expected Result**:
728   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).
729
730   **Metrics Collected**:
731
732   The following are the metrics collected for this test:
733
734    - 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.
735    - 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]).
736    - The [RFC5481] PDV form of delay variation on the traffic flow, using the 99th percentile.
737    - CPU and memory utilization may also be collected as part of this test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
738
739 <br/>
740  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.Profile
741
742   **Title**: RFC 2544 Throughput and Latency Profile
743
744   **Prerequisite Test**:
745
746   **Priority**:
747
748   **Description**:
749
750   This test reveals how throughput and latency degrades as the offered rate varies in the region of the DUT's maximum forwarding rate as determined by LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio (0% Packet Loss).  For example it can be used to determine if the degradation of throughput and latency as the offered rate increases is slow and graceful or sudden and severe.
751
752   The selected frame sizes are those previously defined under [Default Test Parameters](#DefaultParams).
753
754   The offered traffic rate is described as a percentage delta with respect to the DUT's maximum forwarding rate as determined by LTD.Throughput.RFC2544.PacketLoss Ratio (0% Packet Loss case). A delta of 0% is equivalent to an offered traffic rate equal to the maximum forwarding rate; A delta of +50% indicates an offered rate half-way between the maximum forwarding rate and line-rate, whereas a delta of -50% indicates an offered rate of half the maximum rate. Therefore the range of the delta figure is natuarlly bounded at -100% (zero offered traffic) and +100% (traffic offered at line rate).
755
756   The following deltas to the maximum forwarding rate should be applied:
757
758    - -50%, -10%, 0%, +10% & +50%
759
760   **Expected Result**:
761   For each packet size a profile should be produced of how throughput and latency vary with offered rate.
762
763   **Metrics Collected**:
764
765   The following are the metrics collected for this test:
766
767    - The forwarding rate in Frames Per Second (FPS) and Mbps of the DUT for each delta to the maximum forwarding rate and for each frame size.
768    - The average latency for each delta to the maximum forwarding rate and for each frame size.
769    - CPU and memory utilization may also be collected as part of this test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
770    - Any failures experienced (for example if the vSwitch crashes, stops processing packets, restarts or becomes unresponsive to commands) when the offered load is above Maximum Throughput MUST be recorded and reported with the results.
771
772 <br/>
773  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.SystemRecoveryTime
774   **Title**: RFC 2544 System Recovery Time Test
775
776   **Prerequisite Test** LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
777
778   **Priority**:
779
780   **Description**:
781
782   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 end 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 10,000 packets forwarded through the DUT.
783
784   The overload condition SHOULD be to transmit traffic at a very high frame rate to the DUT (150% of the maximum 0% packet loss rate as determined by LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio or line-rate whichever is lower), for at least 60 seconds, then reduce the frame rate to 75% of the maximum 0% packet loss rate. A number of time-stamps should be recorded:
785     - Record the time-stamp at which the frame rate was reduced and record a second time-stamp at the time of the last frame lost. The recovery time is the difference between the two timestamps.
786     - Record the average latency for 10,000 frames after the last frame loss and continue to record average latency measurements for every 10,000 frames, when latency returns to within 10% of pre-overload levels record the time-stamp.
787
788   **Expected Result**:
789
790   **Metrics collected**
791
792   The following are the metrics collected for this test:
793
794    - The length of time it takes the DUT to recover from an overload condition.
795    - The length of time it takes the DUT to recover the average latency to pre-overload conditions.
796
797   **Deployment scenario**:
798
799    - Physical → virtual switch → physical.
800
801 <br/>
802  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.BackToBackFrames
803   **Title**: RFC 2544 Back To Back Frames Test
804
805   **Prerequisite Test**: N\A
806
807   **Priority**:
808
809   **Description**:
810
811   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. 
812
813   **Expected Result**:
814
815   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.
816
817   **Metrics collected**
818
819   The following are the metrics collected for this test:
820
821    - 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.
822    - CPU and memory utilization may also be collected as part of this test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
823
824   **Deployment scenario**:
825
826    - Physical → virtual switch → physical.
827
828 <br/>
829   - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.Soak
830   **Title**: RFC 2544 X% packet loss Throughput Soak Test
831
832   **Prerequisite Test** LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
833
834   **Priority**:
835
836   **Description**:
837
838   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 hours. 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:
839     - X = 0%
840     - X = 10^-7%
841
842   Note: Other values can be tested if required by the user.
843
844   **Expected Result**:
845
846   **Metrics Collected**:
847
848   The following are the metrics collected for this test:
849
850    - Throughput stability of the DUT.
851      - This means reporting the number of packets lost per time interval and reporting any time intervals with packet loss. An interval of 60s is suggested.
852    - CPU and memory utilization may also be collected as part of this test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
853    - The [RFC5481] PDV form of delay variation on the traffic flow, using the 99th percentile.
854
855 <br/>
856
857   - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2544.SoakFrameModification
858   **Title**: RFC 2544 Throughput Soak Test with Frame Modification
859
860   **Prerequisite Test** LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatioFrameModification (0% Packet Loss)
861
862   **Priority**:
863
864   **Description**:
865
866   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 0% packet loss, as determined in the prerequisite test.
867
868   During this test, the DUT must perform the following operations on the traffic flow:
869
870    - Perform packet parsing on the DUT's ingress port.
871    - Perform any relevant address look-ups on the DUT's ingress ports.
872    - Modify the packet header before forwarding the packet to the DUT's egress port. Packet modifications include:
873      - Modifying the Ethernet source or destination MAC address.
874      - Modifying/adding a VLAN tag (Recommended).
875      - Modifying/adding a MPLS tag.
876      - Modifying the source or destination ip address.
877      - Modifying the TOS/DSCP field.
878      - Modifying the source or destination ports for UDP/TCP/SCTP.
879      - Modifying the TTL.
880
881   **Expected Result**:
882
883   **Metrics Collected**:
884
885   The following are the metrics collected for this test:
886
887    - Throughput stability of the DUT.
888      - This means reporting the number of packets lost per time interval and reporting any time intervals with packet loss. An interval of 60s is suggested.
889    - CPU and memory utilization may also be collected as part of this test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
890    - The [RFC5481] PDV form of delay variation on the traffic flow, using the 99th percentile.
891
892 <br/>
893
894  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC6201.ResetTime
895   **Title**: RFC 6201 Reset Time Test
896
897   **Prerequisite Test**: N\A
898
899   **Priority**:
900
901   **Description**:
902
903   The aim of this test is to determine the length of time it takes the DUT to recover from a reset.
904
905   Two reset methods are defined - planned and unplanned. A planned reset requires stopping and restarting the virtual switch by the usual 'graceful' method defined by it's documentation. An unplanned reset requires simulating a fatal internal fault in the virtual switch - for example by using kill -SIGKILL on a Linux environment.
906
907   Both reset methods SHOULD be exercised.
908
909   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]).
910
911   [RFC6201] defines two methods to measure the Reset time:
912     - 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:
913   <pre><code>
914                               Frames_lost (packets)
915           Reset_time = -------------------------------------
916                          Offered_rate (packets per second)
917   </code></pre>
918     - 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.
919
920   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:
921     - Counting the number of lost frames per stream.
922     - Transmitting test frame despite the physical link status.
923
924   whereas the Timestamp method SHOULD be used if the test tool supports:
925     - Timestamping each frame.
926     - Monitoring received frame's timestamp.
927     - Transmitting frames only if the physical link status is up.
928
929   **Expected Result**:
930
931   **Metrics collected**
932
933   The following are the metrics collected for this test:
934    - Average Reset Time over the number of trials performed.
935
936   Results of this test should include the following information:
937    - The reset method used.
938    - Throughput in Fps and Mbps.
939    - Average Frame Loss over the number of trials performed.
940    - Average Reset Time in milliseconds over the number of trials performed.
941    - Number of trials performed.
942    - Protocol: IPv4, IPv6, MPLS, etc.
943    - Frame Size in Octets
944    - Port Media: Ethernet, Gigabit Ethernet (GbE), etc.
945    - Port Speed: 10 Gbps, 40 Gbps etc.
946    - Interface Encapsulation: Ethernet, Ethernet VLAN, etc.
947
948   **Deployment scenario**:
949
950    - Physical → virtual switch → physical.
951
952 <br/>
953
954  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.MaxForwardingRate
955
956   **Title**: RFC2889 Forwarding Rate Test
957
958   **Prerequisite Test**: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
959
960   **Priority**:
961
962   **Description**:
963
964   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 [RFC2285]) 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"_.
965
966   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.
967
968   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] (Sec. 5.6.3.1) 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.
969
970   **Expected Result**:
971   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.
972
973   **Metrics Collected**:
974
975   The following are the metrics collected for this test:
976
977    - The Max Forwarding Rate for the DUT for each packet size.
978    - CPU and memory utilization may also be collected as part of this test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
979
980 <br/>
981  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.ForwardPressure
982   **Title**: RFC2889 Forward Pressure Test
983
984   **Prerequisite Test**: LTD.Throughput.RFC2889.MaxForwardingRate
985
986   **Priority**:
987
988   **Description**:
989
990   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.
991
992   **Expected Result**:
993   The forwarding rate should not exceed the maximum forwarding rate of the DUT collected by LTD.Throughput.RFC2889.MaxForwardingRate.
994
995   **Metrics collected**
996
997   The following are the metrics collected for this test:
998
999    - Forwarding rate of the DUT in FPS or Mbps.
1000    - CPU and memory utilization may also be collected as part of this test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1001
1002   **Deployment scenario**:
1003
1004    - Physical → virtual switch → physical.
1005
1006 <br/>
1007  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.AddressCachingCapacity
1008   **Title**: RFC2889 Address Caching Capacity Test
1009
1010   **Prerequisite Test**: N\A
1011
1012   **Priority**:
1013
1014   **Description**:
1015
1016   Please note this test is only applicable to switches that are capable of MAC learning. The aim of this test is to determine the address caching capacity of the DUT 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). 
1017
1018   In order to run this test the aging time, that is the maximum time the DUT will keep a learned address in its flow table, and a set of initial addresses, whose value should be >= 1 and <= the max number supported by the implementation must be known. Please note that if the aging time is configurable it must be longer than the time necessary to produce frames from the external source at the specified rate. If the aging time is fixed the frame rate must be brought down to a value that the external source can produce in a time that is less than the aging time.
1019
1020   Learning Frames should be sent from an external source to the DUT to install a number of flows. The Learning Frames must have a fixed destination address and must vary the source address of the frames. The DUT should install flows in its flow table based on the varying source addresses.
1021   Frames should then be transmitted from an external source at a suitable frame rate to see if the DUT has properly learned all of the addresses. If there is no frame loss and no flooding, the number of addresses sent to the DUT should be increased and the test is repeated until the max number of cached addresses supported by the DUT determined. 
1022
1023   **Expected Result**:
1024
1025   **Metrics collected**:
1026
1027   The following are the metrics collected for this test:
1028
1029    - Number of cached addresses supported by the DUT.
1030    - CPU and memory utilization may also be collected as part of this test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1031
1032   **Deployment scenario**:
1033
1034    - Physical → virtual switch → physical.
1035
1036 <br/>
1037  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.AddressLearningRate
1038   **Title**: RFC2889 Address Learning Rate Test
1039
1040   **Prerequisite Test**: LTD.Memory.RFC2889.AddressCachingCapacity
1041
1042   **Priority**:
1043
1044   **Description**:
1045
1046   Please note this test is only applicable to switches that are capable of MAC learning. The aim of this test is to determine the rate of address learning of the DUT 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 with each IPv4/IPv6 address incremented by one. The rate at which the DUT learns a new address should be measured. The maximum caching capacity from LTD.Memory.RFC2889.AddressCachingCapacity should be taken into consideration as the maximum number of addresses for which the learning rate can be obtained.
1047
1048   **Expected Result**:
1049   It may be worthwhile to report the behaviour when operating beyond address capacity - some DUTS may be more friendly to new addresses than others.
1050
1051   **Metrics collected**:
1052
1053   The following are the metrics collected for this test:
1054
1055    - The address learning rate of the DUT.
1056
1057   **Deployment scenario**:
1058
1059    - Physical → virtual switch → physical.
1060
1061 <br/>
1062  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.ErrorFramesFiltering
1063   **Title**: RFC2889 Error Frames Filtering Test
1064
1065   **Prerequisite Test**: N\A
1066
1067   **Priority**:
1068
1069   **Description**:
1070
1071   The aim of this test is to determine whether the DUT will propagate any erroneous frames it receives or whether it is capable of filtering out the erroneous frames. Traffic should be sent with erroneous frames included within the flow at random intervals. Illegal frames that must be tested include:
1072     - Oversize Frames.
1073     - Undersize Frames.
1074     - CRC Errored Frames.
1075     - Dribble Bit Errored Frames
1076     - Alignment Errored Frames
1077
1078   The traffic flow exiting the DUT should be recorded and checked to determine if the erroneous frames where passed through the DUT.
1079
1080   **Expected Result**:
1081   Broken frames are not passed!
1082
1083   **Metrics collected**
1084
1085   No Metrics are collected in this test, instead it determines:
1086
1087    - Whether the DUT will propagate erroneous frames.
1088    - Or whether the DUT will correctly filter out any erroneous frames from traffic flow with out removing correct frames.
1089
1090   **Deployment scenario**:
1091
1092    - Physical → virtual switch → physical.
1093
1094 <br/>
1095  - #####Test ID: LTD.Throughput.RFC2889.BroadcastFrameForwarding
1096   **Title**: RFC2889 Broadcast Frame Forwarding Test
1097
1098   **Prerequisite Test**: N\A
1099
1100   **Priority**:
1101
1102   **Description**:
1103
1104   The aim of this test is to determine the maximum forwarding rate of the DUT when forwarding broadcast traffic. For each frame previously defined under [Default Test Parameters](#DefaultParams), the traffic should be set up as broadcast traffic. The traffic throughput of the DUT should be measured.
1105
1106   The test should be conducted with at least 4 physical ports on the DUT. The number of ports used MUST be recorded.
1107
1108   As broadcast involves forwarding a single incoming packet to several destinations, the latency of a single packet is defined as the average of the latencies for each of the broadcast destinations.
1109
1110   The incoming packet is transmitted on each of the other physical ports, it is not transmitted on the port on which it was received. The test MAY be conducted using different broadcasting ports to uncover any performance differences.
1111
1112   **Expected Result**:
1113
1114   **Metrics collected**:
1115
1116   The following are the metrics collected for this test:
1117
1118    - The forwarding rate of the DUT when forwarding broadcast traffic.
1119    - The minimum, average & maximum packets latencies observed.
1120
1121   **Deployment scenario**:
1122
1123    - Physical → virtual switch  3x physical.
1124
1125 <br/>
1126  - #####Test ID: LTD.MemoryBandwidth.RFC2544.0PacketLoss.Scalability
1127   **Title**: RFC 2544 0% loss Memory Bandwidth Scalability test
1128
1129   **Prerequisite Tests**:
1130
1131   **Priority**:
1132
1133   **Description**:
1134
1135   The aim of this test is to understand how the DUT's performance is affected by cache sharing and memory bandwidth between processes.
1136
1137   During the test all cores not used by the vSwitch should be running a memory intensive application. This application should read and write random data to random addresses in unused physical memory. The random nature of the data and addresses is intended to consume cache, exercise main memory access (as opposed to cache) and exercise all memory buses equally. Furthermore:
1138   - the ratio of reads to writes should be recorded. A ratio of 1:1 SHOULD be used.
1139   - the reads and writes MUST be of cache-line size and be cache-line aligned.
1140   - in NUMA architectures memory access SHOULD be local to the core's node. Whether only local memory or a mix of local and remote memory is used MUST be recorded.
1141   - the memory bandwidth (reads plus writes) used per-core MUST be recorded; the test MUST be run with a per-core memory bandwidth equal to half the maximum system memory bandwidth divided by the number of cores. The test MAY be run with other values for the per-core memory bandwidth.
1142   - the test MAY also be run with the memory intensive application running on all cores.
1143
1144   Under these conditions the DUT's 0% packet loss throughput is determined as per LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio.
1145
1146   **Expected Result**:
1147
1148   **Metrics Collected**:
1149
1150   The following are the metrics collected for this test:
1151
1152   - The DUT's 0% packet loss throughput in the presence of cache sharing and memory bandwidth between processes.
1153 ----
1154 <a name="LatencyTests"></a>
1155 ####2.3.2 Packet Latency tests
1156   These tests will measure the store and forward latency as well as the packet delay variation for various packet types through the virtual switch.
1157
1158   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.
1159
1160  - #####Test ID: LTD.PacketLatency.InitialPacketProcessingLatency
1161   **Title**: Initial Packet Processing Latency
1162
1163   **Prerequisite Test**: N\A
1164
1165   **Priority**:
1166
1167   **Description**:
1168
1169   In some virtual switch architectures, the first packets of a flow will take the system longer to process than subsequent packets in the flow. This test determines the latency for these packets. The test will measure the latency of the packets as they are processed by the flow-setup-path of the DUT. There are two methods for this test, a recommended method and a nalternative method that can be used if it is possible to disable the fastpath of the virtual switch.
1170
1171   Recommended method: This test will send 64,000 packets to the DUT, each belonging to a different flow. Average packet latency will be determined over the 64,000 packets.
1172
1173   Alternative method: This test will send a single packet to the DUT after a fixed interval of time. The time interval will be equivalent to the amount of time it takes for a flow to time out in the virtual switch plus 10%. Average packet latency will be determined over 1,000,000 packets.
1174
1175   This test is intended only for non-learning switches; For learning switches use RFC2889.
1176
1177   For this test, only unidirectional traffic is required.
1178
1179   **Expected Result**:
1180   The average latency for the initial packet of all flows should be greater than the latency of subsequent traffic.
1181
1182   **Metrics Collected**:
1183
1184   The following are the metrics collected for this test:
1185
1186   - Average latency of the initial packets of all flows that are processed by the DUT.
1187
1188  **Deployment scenario**:
1189
1190   - Physical → Virtual Switch → Physical.
1191 <br/>
1192  - #####Test ID: LTD.PacketDelayVariation.RFC3393.Soak
1193   **Title**: Packet Delay Variation Soak Test
1194
1195   **Prerequisite Tests**: LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio (0% Packet Loss)
1196
1197   **Priority**:
1198
1199   **Description**:
1200
1201   The aim of this test is to understand the distribution of packet delay variation for different frame sizes over an extended test duration and to determine if there are 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 possible throughput with 0% packet loss, as determined in the prerequisite test.
1202
1203   **Expected Result**:
1204
1205   **Metrics Collected**:
1206
1207   The following are the metrics collected for this test:
1208
1209    - The packet delay variation value for traffic passing through the DUT.
1210    - The [RFC5481] PDV form of delay variation on the traffic flow, using the 99th percentile, for each 60s interval during the test.
1211    - CPU and memory utilization may also be collected as part of this test, to determine the vSwitch's performance footprint on the system.
1212
1213
1214 <br/>
1215 ----
1216 <a name="ScalabilityTests"></a>
1217 ####2.3.3 Scalability tests
1218
1219   The general aim of these tests is to understand the impact of large flow table size and flow lookups on throughput.
1220
1221   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.
1222
1223 <br/>
1224  - #####Test ID: LTD.Scalability.RFC2544.0PacketLoss
1225
1226   **Title**: RFC 2544 0% loss Scalability throughput test
1227
1228   **Prerequisite Test**:
1229
1230   **Priority**:
1231
1232   **Description**:
1233
1234   The aim of this test is to measure how throughput changes as the number of flows in the DUT increases.
1235
1236   For each frame size previously defined under [Default Test Parameters](#DefaultParams) and for each of the following number of flows:
1237
1238   - 1,000
1239   - 2,000
1240   - 2,000
1241   - 4,000
1242   - 8,000
1243   - 16,000
1244   - 32,000
1245   - 64,000
1246
1247   The maximum 0% packet loss throughput should be determined in a manner identical to LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio.
1248
1249   **Expected Result**:
1250
1251   **Metrics Collected**:
1252
1253   The following are the metrics collected for this test:
1254
1255    - The maximum number of frames per second that can be forwarded at the specified number of flows and the specified frame size, with zero packet loss.
1256 <br/>
1257
1258 <a name="SummaryList"></a>
1259 ####2.3.9 Summary List of Tests
1260 - LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatio
1261 - LTD.Throughput.RFC2544.PacketLossRatioFrameModification
1262 - LTD.Throughput.RFC2544.SystemRecoveryTime
1263 - LTD.Throughput.RFC2544.BackToBackFrames
1264 - LTD.Throughput.RFC2544.Soak
1265 - LTD.Throughput.RFC2544.SoakFrameModification
1266 - LTD.Throughput.RFC6201.ResetTime
1267 - LTD.Throughput.RFC2889.MaxForwardingRate
1268 - LTD.Throughput.RFC2889.ForwardPressure
1269 - LTD.Throughput.RFC2889.AddressCachingCapacity
1270 - LTD.Throughput.RFC2889.AddressLearningRate
1271 - LTD.Throughput.RFC2889.ErrorFramesFiltering
1272 - LTD.Throughput.RFC2889.BroadcastFrameForwarding
1273 - LTD.PacketLatency.InitialPacketProcessingLatency
1274 - LTD.Scalability.RFC2544.0PacketLoss
1275
1276 ----
1277 [RFC1242]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc1242.txt)
1278 [RFC2544]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc2544.txt)
1279 [RFC2285]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc2285.txt)
1280 [RFC2889]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc2889.txt)
1281 [RFC5481]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc5481.txt)
1282 [RFC6201]:(http://www.ietf.org/rfc/rfc6201.txt)
1283 [DPDK]:http://www.dpdk.org/