Imported Upstream version 16.04
[deb_dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / l3_forward.rst
diff --git a/doc/guides/sample_app_ug/l3_forward.rst b/doc/guides/sample_app_ug/l3_forward.rst
new file mode 100644 (file)
index 0000000..3e070d0
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,356 @@
+..  BSD LICENSE
+    Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
+    All rights reserved.
+
+    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+    modification, are permitted provided that the following conditions
+    are met:
+
+    * Redistributions of source code must retain the above copyright
+    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
+    * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
+    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
+    the documentation and/or other materials provided with the
+    distribution.
+    * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its
+    contributors may be used to endorse or promote products derived
+    from this software without specific prior written permission.
+
+    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
+    "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
+    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
+    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
+    OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
+    SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
+    LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
+    DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
+    THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
+    (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
+    OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
+
+L3 Forwarding Sample Application
+================================
+
+The L3 Forwarding application is a simple example of packet processing using the DPDK.
+The application performs L3 forwarding.
+
+Overview
+--------
+
+The application demonstrates the use of the hash and LPM libraries in the DPDK to implement packet forwarding.
+The initialization and run-time paths are very similar to those of the :doc:`l2_forward_real_virtual`.
+The main difference from the L2 Forwarding sample application is that the forwarding decision
+is made based on information read from the input packet.
+
+The lookup method is either hash-based or LPM-based and is selected at compile time. When the selected lookup method is hash-based,
+a hash object is used to emulate the flow classification stage.
+The hash object is used in correlation with a flow table to map each input packet to its flow at runtime.
+
+The hash lookup key is represented by a DiffServ 5-tuple composed of the following fields read from the input packet:
+Source IP Address, Destination IP Address, Protocol, Source Port and Destination Port.
+The ID of the output interface for the input packet is read from the identified flow table entry.
+The set of flows used by the application is statically configured and loaded into the hash at initialization time.
+When the selected lookup method is LPM based, an LPM object is used to emulate the forwarding stage for IPv4 packets.
+The LPM object is used as the routing table to identify the next hop for each input packet at runtime.
+
+The LPM lookup key is represented by the Destination IP Address field read from the input packet.
+The ID of the output interface for the input packet is the next hop returned by the LPM lookup.
+The set of LPM rules used by the application is statically configured and loaded into the LPM object at initialization time.
+
+In the sample application, hash-based forwarding supports IPv4 and IPv6. LPM-based forwarding supports IPv4 only.
+
+Compiling the Application
+-------------------------
+
+To compile the application:
+
+#.  Go to the sample application directory:
+
+    .. code-block:: console
+
+        export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
+        cd ${RTE_SDK}/examples/l3fwd
+
+#.  Set the target (a default target is used if not specified). For example:
+
+    .. code-block:: console
+
+        export RTE_TARGET=x86_64-native-linuxapp-gcc
+
+    See the *DPDK Getting Started Guide* for possible RTE_TARGET values.
+
+#.  Build the application:
+
+    .. code-block:: console
+
+        make
+
+Running the Application
+-----------------------
+
+The application has a number of command line options:
+
+.. code-block:: console
+
+    ./build/l3fwd [EAL options] -- -p PORTMASK [-P]  --config(port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore)] [--enable-jumbo [--max-pkt-len PKTLEN]]  [--no-numa][--hash-entry-num][--ipv6] [--parse-ptype]
+
+where,
+
+*   -p PORTMASK: Hexadecimal bitmask of ports to configure
+
+*   -P: optional, sets all ports to promiscuous mode so that packets are accepted regardless of the packet's Ethernet MAC destination address.
+    Without this option, only packets with the Ethernet MAC destination address set to the Ethernet address of the port are accepted.
+
+*   --config (port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore)]: determines which queues from which ports are mapped to which cores
+
+*   --enable-jumbo: optional, enables jumbo frames
+
+*   --max-pkt-len: optional, maximum packet length in decimal (64-9600)
+
+*   --no-numa: optional, disables numa awareness
+
+*   --hash-entry-num: optional, specifies the hash entry number in hexadecimal to be setup
+
+*   --ipv6: optional, set it if running ipv6 packets
+
+*   --parse-ptype: optional, set it if use software way to analyze packet type
+
+For example, consider a dual processor socket platform where cores 0-7 and 16-23 appear on socket 0, while cores 8-15 and 24-31 appear on socket 1.
+Let's say that the programmer wants to use memory from both NUMA nodes, the platform has only two ports, one connected to each NUMA node,
+and the programmer wants to use two cores from each processor socket to do the packet processing.
+
+To enable L3 forwarding between two ports, using two cores, cores 1 and 2, from each processor,
+while also taking advantage of local memory access by optimizing around NUMA, the programmer must enable two queues from each port,
+pin to the appropriate cores and allocate memory from the appropriate NUMA node. This is achieved using the following command:
+
+.. code-block:: console
+
+    ./build/l3fwd -c 606 -n 4 -- -p 0x3 --config="(0,0,1),(0,1,2),(1,0,9),(1,1,10)"
+
+In this command:
+
+*   The -c option enables cores 0, 1, 2, 3
+
+*   The -p option enables ports 0 and 1
+
+*   The --config option enables two queues on each port and maps each (port,queue) pair to a specific core.
+    Logic to enable multiple RX queues using RSS and to allocate memory from the correct NUMA nodes
+    is included in the application and is done transparently.
+    The following table shows the mapping in this example:
+
++----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
+| **Port** | **Queue** | **lcore** | **Description**                     |
+|          |           |           |                                     |
++----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
+| 0        | 0         | 0         | Map queue 0 from port 0 to lcore 0. |
+|          |           |           |                                     |
++----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
+| 0        | 1         | 2         | Map queue 1 from port 0 to lcore 2. |
+|          |           |           |                                     |
++----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
+| 1        | 0         | 1         | Map queue 0 from port 1 to lcore 1. |
+|          |           |           |                                     |
++----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
+| 1        | 1         | 3         | Map queue 1 from port 1 to lcore 3. |
+|          |           |           |                                     |
++----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
+
+Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications and
+the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
+
+.. _l3_fwd_explanation:
+
+Explanation
+-----------
+
+The following sections provide some explanation of the sample application code. As mentioned in the overview section,
+the initialization and run-time paths are very similar to those of the :doc:`l2_forward_real_virtual`.
+The following sections describe aspects that are specific to the L3 Forwarding sample application.
+
+Hash Initialization
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+The hash object is created and loaded with the pre-configured entries read from a global array,
+and then generate the expected 5-tuple as key to keep consistence with those of real flow
+for the convenience to execute hash performance test on 4M/8M/16M flows.
+
+.. note::
+
+    The Hash initialization will setup both ipv4 and ipv6 hash table,
+    and populate the either table depending on the value of variable ipv6.
+    To support the hash performance test with up to 8M single direction flows/16M bi-direction flows,
+    populate_ipv4_many_flow_into_table() function will populate the hash table with specified hash table entry number(default 4M).
+
+.. note::
+
+    Value of global variable ipv6 can be specified with --ipv6 in the command line.
+    Value of global variable hash_entry_number,
+    which is used to specify the total hash entry number for all used ports in hash performance test,
+    can be specified with --hash-entry-num VALUE in command line, being its default value 4.
+
+.. code-block:: c
+
+    #if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_EXACT_MATCH)
+
+        static void
+        setup_hash(int socketid)
+        {
+            // ...
+
+            if (hash_entry_number != HASH_ENTRY_NUMBER_DEFAULT) {
+                if (ipv6 == 0) {
+                    /* populate the ipv4 hash */
+                    populate_ipv4_many_flow_into_table(ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid], hash_entry_number);
+                } else {
+                    /* populate the ipv6 hash */
+                    populate_ipv6_many_flow_into_table( ipv6_l3fwd_lookup_struct[socketid], hash_entry_number);
+                }
+            } else
+                if (ipv6 == 0) {
+                    /* populate the ipv4 hash */
+                    populate_ipv4_few_flow_into_table(ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid]);
+                } else {
+                    /* populate the ipv6 hash */
+                    populate_ipv6_few_flow_into_table(ipv6_l3fwd_lookup_struct[socketid]);
+                }
+            }
+        }
+    #endif
+
+LPM Initialization
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+The LPM object is created and loaded with the pre-configured entries read from a global array.
+
+.. code-block:: c
+
+    #if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_LPM)
+
+    static void
+    setup_lpm(int socketid)
+    {
+        unsigned i;
+        int ret;
+        char s[64];
+
+        /* create the LPM table */
+
+        snprintf(s, sizeof(s), "IPV4_L3FWD_LPM_%d", socketid);
+
+        ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid] = rte_lpm_create(s, socketid, IPV4_L3FWD_LPM_MAX_RULES, 0);
+
+        if (ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid] == NULL)
+            rte_exit(EXIT_FAILURE, "Unable to create the l3fwd LPM table"
+                " on socket %d\n", socketid);
+
+        /* populate the LPM table */
+
+        for (i = 0; i < IPV4_L3FWD_NUM_ROUTES; i++) {
+            /* skip unused ports */
+
+            if ((1 << ipv4_l3fwd_route_array[i].if_out & enabled_port_mask) == 0)
+                continue;
+
+            ret = rte_lpm_add(ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid], ipv4_l3fwd_route_array[i].ip,
+                                   ipv4_l3fwd_route_array[i].depth, ipv4_l3fwd_route_array[i].if_out);
+
+            if (ret < 0) {
+                rte_exit(EXIT_FAILURE, "Unable to add entry %u to the "
+                        "l3fwd LPM table on socket %d\n", i, socketid);
+            }
+
+            printf("LPM: Adding route 0x%08x / %d (%d)\n",
+                (unsigned)ipv4_l3fwd_route_array[i].ip, ipv4_l3fwd_route_array[i].depth, ipv4_l3fwd_route_array[i].if_out);
+        }
+    }
+    #endif
+
+Packet Forwarding for Hash-based Lookups
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+For each input packet, the packet forwarding operation is done by the l3fwd_simple_forward()
+or simple_ipv4_fwd_4pkts() function for IPv4 packets or the simple_ipv6_fwd_4pkts() function for IPv6 packets.
+The l3fwd_simple_forward() function provides the basic functionality for both IPv4 and IPv6 packet forwarding
+for any number of burst packets received,
+and the packet forwarding decision (that is, the identification of the output interface for the packet)
+for hash-based lookups is done by the  get_ipv4_dst_port() or get_ipv6_dst_port() function.
+The get_ipv4_dst_port() function is shown below:
+
+.. code-block:: c
+
+    static inline uint8_t
+    get_ipv4_dst_port(void *ipv4_hdr, uint8_t portid, lookup_struct_t *ipv4_l3fwd_lookup_struct)
+    {
+        int ret = 0;
+        union ipv4_5tuple_host key;
+
+        ipv4_hdr = (uint8_t \*)ipv4_hdr + offsetof(struct ipv4_hdr, time_to_live);
+
+        m128i data = _mm_loadu_si128(( m128i*)(ipv4_hdr));
+
+        /* Get 5 tuple: dst port, src port, dst IP address, src IP address and protocol */
+
+        key.xmm = _mm_and_si128(data, mask0);
+
+        /* Find destination port */
+
+        ret = rte_hash_lookup(ipv4_l3fwd_lookup_struct, (const void *)&key);
+
+        return (uint8_t)((ret < 0)? portid : ipv4_l3fwd_out_if[ret]);
+    }
+
+The get_ipv6_dst_port() function is similar to the get_ipv4_dst_port() function.
+
+The simple_ipv4_fwd_4pkts() and simple_ipv6_fwd_4pkts() function are optimized for continuous 4 valid ipv4 and ipv6 packets,
+they leverage the multiple buffer optimization to boost the performance of forwarding packets with the exact match on hash table.
+The key code snippet of simple_ipv4_fwd_4pkts() is shown below:
+
+.. code-block:: c
+
+    static inline void
+    simple_ipv4_fwd_4pkts(struct rte_mbuf* m[4], uint8_t portid, struct lcore_conf *qconf)
+    {
+        // ...
+
+        data[0] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[0], unsigned char *) + sizeof(struct ether_hdr) + offsetof(struct ipv4_hdr, time_to_live)));
+        data[1] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[1], unsigned char *) + sizeof(struct ether_hdr) + offsetof(struct ipv4_hdr, time_to_live)));
+        data[2] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[2], unsigned char *) + sizeof(struct ether_hdr) + offsetof(struct ipv4_hdr, time_to_live)));
+        data[3] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[3], unsigned char *) + sizeof(struct ether_hdr) + offsetof(struct ipv4_hdr, time_to_live)));
+
+        key[0].xmm = _mm_and_si128(data[0], mask0);
+        key[1].xmm = _mm_and_si128(data[1], mask0);
+        key[2].xmm = _mm_and_si128(data[2], mask0);
+        key[3].xmm = _mm_and_si128(data[3], mask0);
+
+        const void *key_array[4] = {&key[0], &key[1], &key[2],&key[3]};
+
+        rte_hash_lookup_multi(qconf->ipv4_lookup_struct, &key_array[0], 4, ret);
+
+        dst_port[0] = (ret[0] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[0]];
+        dst_port[1] = (ret[1] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[1]];
+        dst_port[2] = (ret[2] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[2]];
+        dst_port[3] = (ret[3] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[3]];
+
+        // ...
+    }
+
+The simple_ipv6_fwd_4pkts() function is similar to the simple_ipv4_fwd_4pkts() function.
+
+Known issue: IP packets with extensions or IP packets which are not TCP/UDP cannot work well at this mode.
+
+Packet Forwarding for LPM-based Lookups
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+For each input packet, the packet forwarding operation is done by the l3fwd_simple_forward() function,
+but the packet forwarding decision (that is, the identification of the output interface for the packet)
+for LPM-based lookups is done by the get_ipv4_dst_port() function below:
+
+.. code-block:: c
+
+    static inline uint8_t
+    get_ipv4_dst_port(struct ipv4_hdr *ipv4_hdr, uint8_t portid, lookup_struct_t *ipv4_l3fwd_lookup_struct)
+    {
+        uint8_t next_hop;
+
+        return (uint8_t) ((rte_lpm_lookup(ipv4_l3fwd_lookup_struct, rte_be_to_cpu_32(ipv4_hdr->dst_addr), &next_hop) == 0)? next_hop : portid);
+    }