docs/design/specs/High-Priority-Traffic-Path.rst

   1 ..
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   3  License.
   4
   5  http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/legalcode
   6
   7 ==========================================
   8 High Priority Traffic Path
   9 ==========================================
  10
  11 https://wiki.opnfv.org/display/ovsnfv/OVSFV+Requirement+-+High+Priority+Traffic+Path
  12
  13 Problem description
  14 ===================
  15
  16 A network design may need to adequately accommodate multiple classes of traffic, each
  17 class requiring different levels of service in critical network elements.
  18
  19 As a concrete example, a network element managed by a service provider may be
  20 handling voice and elastic data traffic. Voice traffic requires that the end-to-end
  21 latency and jitter is bounded to some numerical limit (in msec) accuracy in order to ensure
  22 sufficient quality-of-service (QoS) for the participants in the voice call.
  23 Elastic data traffic does not impose the same demanding requirements on the network
  24 (there will be essentially no requirement on jitter. For example, when downloading a
  25 large file across the Internet, although the bandwidth requirements may be high there
  26 is usually no requirement that the file arrives within a bounded time interval.
  27
  28 Depending on the scheduling algorithms running on the network element,
  29 frames belonging to the data traffic may get transmitted before frames
  30 belonging to the voice traffic introducing unwanted latency or jitter.
  31 Therefore, in order to ensure deterministic latency and jitter characteristics
  32 end-to-end, each network element through which the voice traffic traverses
  33 must ensure that voice traffic is handled deterministically.
  34
  35 Hardware switches have typically been designed to ensure certain classes
  36 of traffic can be scheduled ahead of other classes and are also
  37 over-provisioned which further ensures deterministic behavior when
  38 handling high priority traffic. However, software switches (which includes
  39 virtual switches such as Open vSwitch) may require modification in order
  40 to achieve this deterministic behavior.
  41
  42 Use Cases
  43 ---------
  44
  45 1. Program classes of service
  46
  47 The End User specifies a number of classes of service. Each class of service
  48 will be represented by the value of a particular field in a frame. The class
  49 of service determines the priority treatment which flows in the class will
  50 receive, while maintaining a relative level of priority for other classes and
  51 a default level of treatment for the lowest priority class of service. As
  52 such, each class of service will be associated with a priority. The End User
  53 will associate classes of service and priorities to ingress ports with the
  54 expectation that frames that arrive on these ingress ports will get
  55 scheduled following the specified priorities.
  56
  57 Note: Priority treatment of the classes of service cannot cause any one of
  58 the classes (even the default class) from being transferred at all. In other
  59 words, a strict priority treatment would likely not be successful for serving
  60 all classes eventually, and this is a key consideration.
  61
  62 2. Forward high priority network traffic
  63
  64 A remote network element sends traffic to Open vSwitch. The remote network
  65 element, indicates the class of service to which this flow of traffic belongs
  66 to by modifying a pre-determined but arbitrary field in the frame as specified
  67 in Use Case 1. Some examples include the Differentiated Services Code Point
  68 (DSCP) in an IP packet or the Priority Code Point (PCP) in an Ethernet frame.
  69 The relative priority treatment that frames get processed by Open vSwitch can be guaranteed by the
  70 values populated in these fields when the fields are different. If the fields
  71 are the same, ordering is not deterministic.
  72
  73 For example: Packet A is sent with a DSCP value of 0 and packet B is sent
  74 with a value of 46; 0 has a lower priority than 46. Packet A arrives
  75 before packet B. If Open vSwitch has been configured as such, Packet
  76 B will be transmitted before Packet A.
  77
  78 Proposed change
  79 ===============
  80
  81 TBD
  82
  83 Alternatives
  84 ------------
  85
  86 TBD
  87
  88 OVSDB schema impact
  89 -------------------
  90
  91 TBD
  92
  93 User interface impact
  94 ---------------------
  95
  96 TBD
  97
  98 Security impact
  99 ---------------
 100
 101 TBD
 102
 103 Other end user impact
 104 ---------------------
 105
 106 TBD
 107
 108 Performance Impact
 109 ------------------
 110
 111 TBD
 112
 113 Other deployer impact
 114 ---------------------
 115
 116 TBD
 117
 118 Developer impact
 119 ----------------
 120
 121 TBD
 122
 123 Implementation
 124 ==============
 125
 126 Assignee(s)
 127 -----------
 128
 129 Who is leading the writing of the code? Or is this a blueprint where you're
 130 throwing it out there to see who picks it up?
 131
 132 If more than one person is working on the implementation, please designate the
 133 primary author and contact.
 134
 135 Primary assignee:
 136   <email address>
 137
 138 Other contributors:
 139   <email address>
 140
 141 Work Items
 142 ----------
 143
 144 TBD
 145
 146 Dependencies
 147 ============
 148
 149 TBD
 150
 151 Testing
 152 =======
 153
 154 In order to test how effectively the virtual switch handles high priority traffic
 155 types, the following scheme is suggested.::
 156
 157                    +---------------------------+         Ingress Traffic Parameters
 158                    |                           |         +-------------------------------------------+
 159                    |                           |
 160                    |                           |         Packet Size: The size of the Ethernet frames
 161                    |                           |
 162                    |                           |         Tmax: RFC2544 Max. Throughput for traffic of
 163                    |                    PHY0   <-------+ "Packet Size"
 164                    |                           |
 165                    |                           |         Total Offered Rate: The offered rate of both
 166                    |                           |         traffic classes combined expressed as a % of
 167                    |                           |         Tmax
 168                    |                           |
 169                    |                           |         Ingress Rates are expressed as a percentage
 170                    |                           |         of Total Offered Rate.
 171                    |                           |
 172                    |                           |         Class A:
 173                    |             OVS           |         Ethernet PCP = 0 (Background)
 174                    |            (BR0)          |         Ingress Rate      : rate_ingress_a(n) Mfps
 175                    |                           |
 176                    |                           |         Class B:
 177                    |                           |         Ethernet PCP = 7 (Highest)
 178                    |                           |         Ingress Rate      : rate_ingress_b(n) Mfps
 179                    |                           |
 180                    |                           |         Egress Traffic Measurements
 181                    |                           |         +-------------------------------------------+
 182                    |                           |         Class A:
 183                    |                           |         Egress Throughput : rate_egress_a(n) Mfps
 184                    |                           |         Egress Latency    : max_lat_egrees_a(n) ms
 185                    |                           |         Egress Jitter     : max_jit_egress_a(n) ms
 186                    |                    PHY1   +------->
 187                    |                           |         Class B:
 188                    |                           |         Egress Throughput : rate_egress_b(n) Mfps
 189                    |                           |         Egress Latency    : max_lat_egrees_b(n) ms
 190                    +---------------------------+         Egress Jitter     : max_jit_egress_b(n) ms
 191
 192
 193 Open vSwitch is configured to forward traffic between two ports agnostic to the
 194 traffic type. For example, using the following command:
 195
 196 ovs-ofctl add-flow br0 in_port=0,actions=output:1
 197
 198 The test will be carried out with the functionality to enable high-priority
 199 traffic enabled and disabled in order to guage the change in performance for
 200 both cases.
 201
 202 Two classes of traffic will be generated by a traffic generator. In the example
 203 above, the classes are differentiated using the Ethernet PCP field. However,
 204 another means for differentiating traffic could be used, depending the
 205 prioritization scheme that is developed.
 206
 207 Tests should be performed for each combination of:
 208
 209 * Packet Sizes in (64, 512)
 210 * Total Offered Rate in (80, 120, 150)
 211 * rate_ingress_b(n) / rate_ingress_a(n) in (0.1, 0.2, 0.5)
 212
 213 For each set, the following metrics should be collected for each traffic
 214 class over a specified time period:
 215
 216 Egress Throughput (Mfps)
 217 Maximum Egress Latency (ms)
 218 Maximum Egress Jitter (ms)
 219
 220 Documentation Impact
 221 ====================
 222
 223 TBD
 224
 225 References
 226 ==========
 227
 228 Please add any useful references here. You are not required to have any
 229 reference. Moreover, this specification should still make sense when your
 230 references are unavailable. Examples of what you could include are:
 231
 232 * Links to mailing list or IRC discussions
 233
 234 - http://lists.opnfv.org/pipermail/opnfv-tech-discuss/2015-December/007193.html
 235 - http://ircbot.wl.linuxfoundation.org/meetings/opnfv-ovsnfv/2016/opnfv-ovsnfv.2016-03-07-13.01.html
 236
 237 * Links to relevant research, if appropriate
 238
 239 - https://wiki.opnfv.org/download/attachments/5046510/qos_mechanisms.pdf?version=1&modificationDate=1459187636000&api=v2
 240
 241 * Related specifications as appropriate
 242
 243 * Anything else you feel it is worthwhile to refer to
 244
 245
 246 History
 247 =======
 248
 249 Optional section intended to be used each time the spec
 250 is updated to describe new design, API or any database schema
 251 updated. Useful to let reader understand what's happened along the
 252 time.
 253
 254 .. list-table:: Revisions
 255    :header-rows: 1
 256
 257    * - Release Name
 258      - Description
 259    * - Colorado
 260      - Introduced