New upstream version 18.02
[deb_dpdk.git] / doc / guides / prog_guide / link_bonding_poll_mode_drv_lib.rst
1 ..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
2     Copyright(c) 2010-2015 Intel Corporation.
3
4 Link Bonding Poll Mode Driver Library
5 =====================================
6
7 In addition to Poll Mode Drivers (PMDs) for physical and virtual hardware,
8 DPDK also includes a pure-software library that
9 allows physical PMDs to be bonded together to create a single logical PMD.
10
11 .. figure:: img/bond-overview.*
12
13    Bonded PMDs
14
15
16 The Link Bonding PMD library(librte_pmd_bond) supports bonding of groups of
17 ``rte_eth_dev`` ports of the same speed and duplex to provide similar
18 capabilities to that found in Linux bonding driver to allow the aggregation
19 of multiple (slave) NICs into a single logical interface between a server
20 and a switch. The new bonded PMD will then process these interfaces based on
21 the mode of operation specified to provide support for features such as
22 redundant links, fault tolerance and/or load balancing.
23
24 The librte_pmd_bond library exports a C API which provides an API for the
25 creation of bonded devices as well as the configuration and management of the
26 bonded device and its slave devices.
27
28 .. note::
29
30     The Link Bonding PMD Library is enabled by default in the build
31     configuration files, the library can be disabled by setting
32     ``CONFIG_RTE_LIBRTE_PMD_BOND=n`` and recompiling the DPDK.
33
34 Link Bonding Modes Overview
35 ---------------------------
36
37 Currently the Link Bonding PMD library supports following modes of operation:
38
39 *   **Round-Robin (Mode 0):**
40
41 .. figure:: img/bond-mode-0.*
42
43    Round-Robin (Mode 0)
44
45
46     This mode provides load balancing and fault tolerance by transmission of
47     packets in sequential order from the first available slave device through
48     the last. Packets are bulk dequeued from devices then serviced in a
49     round-robin manner. This mode does not guarantee in order reception of
50     packets and down stream should be able to handle out of order packets.
51
52 *   **Active Backup (Mode 1):**
53
54 .. figure:: img/bond-mode-1.*
55
56    Active Backup (Mode 1)
57
58
59     In this mode only one slave in the bond is active at any time, a different
60     slave becomes active if, and only if, the primary active slave fails,
61     thereby providing fault tolerance to slave failure. The single logical
62     bonded interface's MAC address is externally visible on only one NIC (port)
63     to avoid confusing the network switch.
64
65 *   **Balance XOR (Mode 2):**
66
67 .. figure:: img/bond-mode-2.*
68
69    Balance XOR (Mode 2)
70
71
72     This mode provides transmit load balancing (based on the selected
73     transmission policy) and fault tolerance. The default policy (layer2) uses
74     a simple calculation based on the packet flow source and destination MAC
75     addresses as well as the number of active slaves available to the bonded
76     device to classify the packet to a specific slave to transmit on. Alternate
77     transmission policies supported are layer 2+3, this takes the IP source and
78     destination addresses into the calculation of the transmit slave port and
79     the final supported policy is layer 3+4, this uses IP source and
80     destination addresses as well as the TCP/UDP source and destination port.
81
82 .. note::
83     The coloring differences of the packets are used to identify different flow
84     classification calculated by the selected transmit policy
85
86
87 *   **Broadcast (Mode 3):**
88
89 .. figure:: img/bond-mode-3.*
90
91    Broadcast (Mode 3)
92
93
94     This mode provides fault tolerance by transmission of packets on all slave
95     ports.
96
97 *   **Link Aggregation 802.3AD (Mode 4):**
98
99 .. figure:: img/bond-mode-4.*
100
101    Link Aggregation 802.3AD (Mode 4)
102
103
104     This mode provides dynamic link aggregation according to the 802.3ad
105     specification. It negotiates and monitors aggregation groups that share the
106     same speed and duplex settings using the selected balance transmit policy
107     for balancing outgoing traffic.
108
109     DPDK implementation of this mode provide some additional requirements of
110     the application.
111
112     #. It needs to call ``rte_eth_tx_burst`` and ``rte_eth_rx_burst`` with
113        intervals period of less than 100ms.
114
115     #. Calls to ``rte_eth_tx_burst`` must have a buffer size of at least 2xN,
116        where N is the number of slaves. This is a space required for LACP
117        frames. Additionally LACP packets are included in the statistics, but
118        they are not returned to the application.
119
120 *   **Transmit Load Balancing (Mode 5):**
121
122 .. figure:: img/bond-mode-5.*
123
124    Transmit Load Balancing (Mode 5)
125
126
127     This mode provides an adaptive transmit load balancing. It dynamically
128     changes the transmitting slave, according to the computed load. Statistics
129     are collected in 100ms intervals and scheduled every 10ms.
130
131
132 Implementation Details
133 ----------------------
134
135 The librte_pmd_bond bonded device are compatible with the Ethernet device API
136 exported by the Ethernet PMDs described in the *DPDK API Reference*.
137
138 The Link Bonding Library supports the creation of bonded devices at application
139 startup time during EAL initialization using the ``--vdev`` option as well as
140 programmatically via the C API ``rte_eth_bond_create`` function.
141
142 Bonded devices support the dynamical addition and removal of slave devices using
143 the ``rte_eth_bond_slave_add`` / ``rte_eth_bond_slave_remove`` APIs.
144
145 After a slave device is added to a bonded device slave is stopped using
146 ``rte_eth_dev_stop`` and then reconfigured using ``rte_eth_dev_configure``
147 the RX and TX queues are also reconfigured using ``rte_eth_tx_queue_setup`` /
148 ``rte_eth_rx_queue_setup`` with the parameters use to configure the bonding
149 device. If RSS is enabled for bonding device, this mode is also enabled on new
150 slave and configured as well.
151
152 Setting up multi-queue mode for bonding device to RSS, makes it fully
153 RSS-capable, so all slaves are synchronized with its configuration. This mode is
154 intended to provide RSS configuration on slaves transparent for client
155 application implementation.
156
157 Bonding device stores its own version of RSS settings i.e. RETA, RSS hash
158 function and RSS key, used to set up its slaves. That let to define the meaning
159 of RSS configuration of bonding device as desired configuration of whole bonding
160 (as one unit), without pointing any of slave inside. It is required to ensure
161 consistency and made it more error-proof.
162
163 RSS hash function set for bonding device, is a maximal set of RSS hash functions
164 supported by all bonded slaves. RETA size is a GCD of all its RETA's sizes, so
165 it can be easily used as a pattern providing expected behavior, even if slave
166 RETAs' sizes are different. If RSS Key is not set for bonded device, it's not
167 changed on the slaves and default key for device is used.
168
169 All settings are managed through the bonding port API and always are propagated
170 in one direction (from bonding to slaves).
171
172 Link Status Change Interrupts / Polling
173 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
174
175 Link bonding devices support the registration of a link status change callback,
176 using the ``rte_eth_dev_callback_register`` API, this will be called when the
177 status of the bonding device changes. For example in the case of a bonding
178 device which has 3 slaves, the link status will change to up when one slave
179 becomes active or change to down when all slaves become inactive. There is no
180 callback notification when a single slave changes state and the previous
181 conditions are not met. If a user wishes to monitor individual slaves then they
182 must register callbacks with that slave directly.
183
184 The link bonding library also supports devices which do not implement link
185 status change interrupts, this is achieved by polling the devices link status at
186 a defined period which is set using the ``rte_eth_bond_link_monitoring_set``
187 API, the default polling interval is 10ms. When a device is added as a slave to
188 a bonding device it is determined using the ``RTE_PCI_DRV_INTR_LSC`` flag
189 whether the device supports interrupts or whether the link status should be
190 monitored by polling it.
191
192 Requirements / Limitations
193 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
194
195 The current implementation only supports devices that support the same speed
196 and duplex to be added as a slaves to the same bonded device. The bonded device
197 inherits these attributes from the first active slave added to the bonded
198 device and then all further slaves added to the bonded device must support
199 these parameters.
200
201 A bonding device must have a minimum of one slave before the bonding device
202 itself can be started.
203
204 To use a bonding device dynamic RSS configuration feature effectively, it is
205 also required, that all slaves should be RSS-capable and support, at least one
206 common hash function available for each of them. Changing RSS key is only
207 possible, when all slave devices support the same key size.
208
209 To prevent inconsistency on how slaves process packets, once a device is added
210 to a bonding device, RSS configuration should be managed through the bonding
211 device API, and not directly on the slave.
212
213 Like all other PMD, all functions exported by a PMD are lock-free functions
214 that are assumed not to be invoked in parallel on different logical cores to
215 work on the same target object.
216
217 It should also be noted that the PMD receive function should not be invoked
218 directly on a slave devices after they have been to a bonded device since
219 packets read directly from the slave device will no longer be available to the
220 bonded device to read.
221
222 Configuration
223 ~~~~~~~~~~~~~
224
225 Link bonding devices are created using the ``rte_eth_bond_create`` API
226 which requires a unique device name, the bonding mode,
227 and the socket Id to allocate the bonding device's resources on.
228 The other configurable parameters for a bonded device are its slave devices,
229 its primary slave, a user defined MAC address and transmission policy to use if
230 the device is in balance XOR mode.
231
232 Slave Devices
233 ^^^^^^^^^^^^^
234
235 Bonding devices support up to a maximum of ``RTE_MAX_ETHPORTS`` slave devices
236 of the same speed and duplex. Ethernet devices can be added as a slave to a
237 maximum of one bonded device. Slave devices are reconfigured with the
238 configuration of the bonded device on being added to a bonded device.
239
240 The bonded also guarantees to return the MAC address of the slave device to its
241 original value of removal of a slave from it.
242
243 Primary Slave
244 ^^^^^^^^^^^^^
245
246 The primary slave is used to define the default port to use when a bonded
247 device is in active backup mode. A different port will only be used if, and
248 only if, the current primary port goes down. If the user does not specify a
249 primary port it will default to being the first port added to the bonded device.
250
251 MAC Address
252 ^^^^^^^^^^^
253
254 The bonded device can be configured with a user specified MAC address, this
255 address will be inherited by the some/all slave devices depending on the
256 operating mode. If the device is in active backup mode then only the primary
257 device will have the user specified MAC, all other slaves will retain their
258 original MAC address. In mode 0, 2, 3, 4 all slaves devices are configure with
259 the bonded devices MAC address.
260
261 If a user defined MAC address is not defined then the bonded device will
262 default to using the primary slaves MAC address.
263
264 Balance XOR Transmit Policies
265 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
266
267 There are 3 supported transmission policies for bonded device running in
268 Balance XOR mode. Layer 2, Layer 2+3, Layer 3+4.
269
270 *   **Layer 2:**   Ethernet MAC address based balancing is the default
271     transmission policy for Balance XOR bonding mode. It uses a simple XOR
272     calculation on the source MAC address and destination MAC address of the
273     packet and then calculate the modulus of this value to calculate the slave
274     device to transmit the packet on.
275
276 *   **Layer 2 + 3:** Ethernet MAC address & IP Address based balancing uses a
277     combination of source/destination MAC addresses and the source/destination
278     IP addresses of the data packet to decide which slave port the packet will
279     be transmitted on.
280
281 *   **Layer 3 + 4:**  IP Address & UDP Port based  balancing uses a combination
282     of source/destination IP Address and the source/destination UDP ports of
283     the packet of the data packet to decide which slave port the packet will be
284     transmitted on.
285
286 All these policies support 802.1Q VLAN Ethernet packets, as well as IPv4, IPv6
287 and UDP protocols for load balancing.
288
289 Using Link Bonding Devices
290 --------------------------
291
292 The librte_pmd_bond library supports two modes of device creation, the libraries
293 export full C API or using the EAL command line to statically configure link
294 bonding devices at application startup. Using the EAL option it is possible to
295 use link bonding functionality transparently without specific knowledge of the
296 libraries API, this can be used, for example, to add bonding functionality,
297 such as active backup, to an existing application which has no knowledge of
298 the link bonding C API.
299
300 Using the Poll Mode Driver from an Application
301 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
302
303 Using the librte_pmd_bond libraries API it is possible to dynamically create
304 and manage link bonding device from within any application. Link bonding
305 devices are created using the ``rte_eth_bond_create`` API which requires a
306 unique device name, the link bonding mode to initial the device in and finally
307 the socket Id which to allocate the devices resources onto. After successful
308 creation of a bonding device it must be configured using the generic Ethernet
309 device configure API ``rte_eth_dev_configure`` and then the RX and TX queues
310 which will be used must be setup using ``rte_eth_tx_queue_setup`` /
311 ``rte_eth_rx_queue_setup``.
312
313 Slave devices can be dynamically added and removed from a link bonding device
314 using the ``rte_eth_bond_slave_add`` / ``rte_eth_bond_slave_remove``
315 APIs but at least one slave device must be added to the link bonding device
316 before it can be started using ``rte_eth_dev_start``.
317
318 The link status of a bonded device is dictated by that of its slaves, if all
319 slave device link status are down or if all slaves are removed from the link
320 bonding device then the link status of the bonding device will go down.
321
322 It is also possible to configure / query the configuration of the control
323 parameters of a bonded device using the provided APIs
324 ``rte_eth_bond_mode_set/ get``, ``rte_eth_bond_primary_set/get``,
325 ``rte_eth_bond_mac_set/reset`` and ``rte_eth_bond_xmit_policy_set/get``.
326
327 Using Link Bonding Devices from the EAL Command Line
328 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
329
330 Link bonding devices can be created at application startup time using the
331 ``--vdev`` EAL command line option. The device name must start with the
332 net_bonding prefix followed by numbers or letters. The name must be unique for
333 each device. Each device can have multiple options arranged in a comma
334 separated list. Multiple devices definitions can be arranged by calling the
335 ``--vdev`` option multiple times.
336
337 Device names and bonding options must be separated by commas as shown below:
338
339 .. code-block:: console
340
341     $RTE_TARGET/app/testpmd -l 0-3 -n 4 --vdev 'net_bonding0,bond_opt0=..,bond opt1=..'--vdev 'net_bonding1,bond _opt0=..,bond_opt1=..'
342
343 Link Bonding EAL Options
344 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
345
346 There are multiple ways of definitions that can be assessed and combined as
347 long as the following two rules are respected:
348
349 *   A unique device name, in the format of net_bondingX is provided,
350     where X can be any combination of numbers and/or letters,
351     and the name is no greater than 32 characters long.
352
353 *   A least one slave device is provided with for each bonded device definition.
354
355 *   The operation mode of the bonded device being created is provided.
356
357 The different options are:
358
359 *   mode: Integer value defining the bonding mode of the device.
360     Currently supports modes 0,1,2,3,4,5 (round-robin, active backup, balance,
361     broadcast, link aggregation, transmit load balancing).
362
363 .. code-block:: console
364
365         mode=2
366
367 *   slave: Defines the PMD device which will be added as slave to the bonded
368     device. This option can be selected multiple times, for each device to be
369     added as a slave. Physical devices should be specified using their PCI
370     address, in the format domain:bus:devid.function
371
372 .. code-block:: console
373
374         slave=0000:0a:00.0,slave=0000:0a:00.1
375
376 *   primary: Optional parameter which defines the primary slave port,
377     is used in active backup mode to select the primary slave for data TX/RX if
378     it is available. The primary port also is used to select the MAC address to
379     use when it is not defined by the user. This defaults to the first slave
380     added to the device if it is specified. The primary device must be a slave
381     of the bonded device.
382
383 .. code-block:: console
384
385         primary=0000:0a:00.0
386
387 *   socket_id: Optional parameter used to select which socket on a NUMA device
388     the bonded devices resources will be allocated on.
389
390 .. code-block:: console
391
392         socket_id=0
393
394 *   mac: Optional parameter to select a MAC address for link bonding device,
395     this overrides the value of the primary slave device.
396
397 .. code-block:: console
398
399         mac=00:1e:67:1d:fd:1d
400
401 *   xmit_policy: Optional parameter which defines the transmission policy when
402     the bonded device is in  balance mode. If not user specified this defaults
403     to l2 (layer 2) forwarding, the other transmission policies available are
404     l23 (layer 2+3) and l34 (layer 3+4)
405
406 .. code-block:: console
407
408         xmit_policy=l23
409
410 *   lsc_poll_period_ms: Optional parameter which defines the polling interval
411     in milli-seconds at which devices which don't support lsc interrupts are
412     checked for a change in the devices link status
413
414 .. code-block:: console
415
416         lsc_poll_period_ms=100
417
418 *   up_delay: Optional parameter which adds a delay in milli-seconds to the
419     propagation of a devices link status changing to up, by default this
420     parameter is zero.
421
422 .. code-block:: console
423
424         up_delay=10
425
426 *   down_delay: Optional parameter which adds a delay in milli-seconds to the
427     propagation of a devices link status changing to down, by default this
428     parameter is zero.
429
430 .. code-block:: console
431
432         down_delay=50
433
434 Examples of Usage
435 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
436
437 Create a bonded device in round robin mode with two slaves specified by their PCI address:
438
439 .. code-block:: console
440
441     $RTE_TARGET/app/testpmd -l 0-3 -n 4 --vdev 'net_bonding0,mode=0, slave=0000:00a:00.01,slave=0000:004:00.00' -- --port-topology=chained
442
443 Create a bonded device in round robin mode with two slaves specified by their PCI address and an overriding MAC address:
444
445 .. code-block:: console
446
447     $RTE_TARGET/app/testpmd -l 0-3 -n 4 --vdev 'net_bonding0,mode=0, slave=0000:00a:00.01,slave=0000:004:00.00,mac=00:1e:67:1d:fd:1d' -- --port-topology=chained
448
449 Create a bonded device in active backup mode with two slaves specified, and a primary slave specified by their PCI addresses:
450
451 .. code-block:: console
452
453     $RTE_TARGET/app/testpmd -l 0-3 -n 4 --vdev 'net_bonding0,mode=1, slave=0000:00a:00.01,slave=0000:004:00.00,primary=0000:00a:00.01' -- --port-topology=chained
454
455 Create a bonded device in balance mode with two slaves specified by their PCI addresses, and a transmission policy of layer 3 + 4 forwarding:
456
457 .. code-block:: console
458
459     $RTE_TARGET/app/testpmd -l 0-3 -n 4 --vdev 'net_bonding0,mode=2, slave=0000:00a:00.01,slave=0000:004:00.00,xmit_policy=l34' -- --port-topology=chained