docs/report/introduction/methodology_nfv_service_density.rst

   1 NFV Service Density
   2 -------------------
   3
   4 Network Function Virtualization (NFV) service density tests focus on
   5 measuring total per server throughput at varied NFV service “packing”
   6 densities with vswitch providing host dataplane. The goal is to compare
   7 and contrast performance of a shared vswitch for different network
   8 topologies and virtualization technologies, and their impact on vswitch
   9 performance and efficiency in a range of NFV service configurations.
  10
  11 Each NFV service instance consists of a set of Network Functions (NFs),
  12 running in VMs (VNFs) or in Containers (CNFs), that are connected into a
  13 virtual network topology using VPP vswitch running in Linux user-mode.
  14 Multiple service instances share the vswitch that in turn provides per
  15 service chain forwarding context(s). In order to provide a most complete
  16 picture, each network topology and service configuration is tested in
  17 different service density setups by varying two parameters:
  18
  19 - Number of service instances (e.g. 1,2,4..10).
  20 - Number of NFs per service instance (e.g. 1,2,4..10).
  21
  22 The initial implementation of NFV service density tests in
  23 |csit-release| is using two NF applications:
  24
  25 - VNF: VPP of the same version as vswitch running in KVM VM, configured with /8
  26   IPv4 prefix routing.
  27 - CNF: VPP of the same version as vswitch running in Docker Container,
  28   configured with /8 IPv4 prefix routing. VPP got chosen as a fast IPv4 NF
  29   application that supports required memif interface (L3fwd does not). This is
  30   similar to all other Container tests in CSIT that use VPP.
  31
  32 Tests are designed such that in all tested cases VPP vswitch is the most
  33 stressed application, as for each flow vswitch is processing each packet
  34 multiple times, whereas VNFs and CNFs process each packets only once. To
  35 that end, all VNFs and CNFs are allocated enough resources to not become
  36 a bottleneck.
  37
  38 Service Configurations
  39 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  40
  41 Following NFV network topologies and configurations are tested:
  42
  43 - VNF Service Chains (VSC) with L2 vswitch
  44
  45   - *Network Topology*: Sets of VNFs dual-homed to VPP vswitch over
  46     virtio-vhost links. Each set belongs to separate service instance.
  47   - *Network Configuration*: VPP L2 bridge-domain contexts form logical
  48     service chains of VNF sets and connect each chain to physical
  49     interfaces.
  50
  51 - CNF Service Chains (CSC) with L2 vswitch
  52
  53   - *Network Topology*: Sets of CNFs dual-homed to VPP vswitch over
  54     memif links. Each set belongs to separate service instance.
  55   - *Network Configuration*: VPP L2 bridge-domain contexts form logical
  56     service chains of CNF sets and connect each chain to physical
  57     interfaces.
  58
  59 - CNF Service Pipelines (CSP) with L2 vswitch
  60
  61   - *Network Topology*: Sets of CNFs connected into pipelines over a
  62     series of memif links, with edge CNFs single-homed to VPP vswitch
  63     over memif links. Each set belongs to separate service instance.
  64   - *Network Configuration*: VPP L2 bridge-domain contexts connect each
  65     CNF pipeline to physical interfaces.
  66
  67 Thread-to-Core Mapping
  68 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  69
  70 CSIT defines specific ratios for mapping software threads of vswitch and
  71 VNFs/CNFs to physical cores, with separate ratios defined for main
  72 control threads and data-plane threads.
  73
  74 In |csit-release| NFV service density tests run on Intel Xeon testbeds
  75 with Intel Hyper-Threading enabled, so each physical core is associated
  76 with a pair of sibling logical cores corresponding to the hyper-threads.
  77
  78 |csit-release| executes tests with the following software thread to
  79 physical core mapping ratios:
  80
  81 - vSwitch
  82
  83   - Data-plane on single core
  84
  85     - (main:core) = (1:1) => 1mt1c - 1 main thread on 1 core.
  86     - (data:core) = (1:1) => 2dt1c - 2 Data-plane Threads on 1 Core.
  87
  88   - Data-plane on two cores
  89
  90     - (main:core) = (1:1) => 1mt1c - 1 Main Thread on 1 Core.
  91     - (data:core) = (1:2) => 4dt2c - 4 Data-plane Threads on 2 Cores.
  92
  93 - VNF and CNF
  94
  95   - Data-plane on single core
  96
  97     - (main:core) = (2:1) => 2mt1c - 2 Main Threads on 1 Core, 1 Thread
  98       per NF, core shared between two NFs.
  99     - (data:core) = (1:1) => 2dt1c - 2 Data-plane Threads on 1 Core per
 100       NF.
 101
 102   - Data-plane on single logical core (Two NFs per physical core)
 103
 104     - (main:core) = (2:1) => 2mt1c - 2 Main Threads on 1 Core, 1 Thread
 105       per NF, core shared between two NFs.
 106     - (data:core) = (2:1) => 1dt1c - 1 Data-plane Threads on 1 Core per
 107       NF.
 108
 109
 110 Maximum tested service densities are limited by a number of physical
 111 cores per NUMA. |csit-release| allocates cores within NUMA0. Support for
 112 multi NUMA tests is to be added in future release.