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きよあつあると
5 years ago
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1 FPGA を使って Open vswitch のデータプレーンを作る慶應義塾大学空閑洋平, 松谷健史 SDN Japan 2012/12/7

2 Open vswitch を使った DIY 設計スイッチの発表です 5000 円前後の FPGA を想定 1000BASE- T マルチポート NIC Offloading 機能 CPU+SW 部と転送 HW 部の分離離 Cut- through forwarding 筐体作成の検討 2 万円前後で作る Open vswitch 筐体

3 OpenFlow NetFPGA 1G と 10G の 4 ポート最近 10G 向けの OpenFlow 実装が公開 Broadcom API Indigo firmware や Pica8, など OpenWRT ソフトウェアで処理理 Open vswitch HW 化しやすいように設計 OFTest スイッチの機能テスト

4 (1) Linux+Open vswitch (OVS) のための HW HW 化未実装部分は OVS に Offload (NIC 機能 ) 自分がほしい機能から HW 化 Linux+OVS FPGA NIC data plane

5 (2) Linux+OVS 構成だと CPU+MMU, memory, etc. が必要想定の FPGA のソフトコアだと機能が限定 OpenFlow Switch の CPU+SW 部と転送用 HW 部を分離離 Ethernet を共有バスとして利利用 Openflow controller Openflow controller Switch Switch Switch Host (CPU) Switch CPU+SW CPU+SW SW SW hardware hardware hardware hardware

6 OF network OF switch1 OF switch2 1G x3 1G x3 OF switch x2 Linux + OVSx2 FPGA (datapath) FPGA (datapath) OF controller 100M 1G 1G 1G L2 switch OVS: Open vswitch OF: OpenFlow

7 (3) Cut- through forwarding && Pipeline processing フレームサイズで遅延の変わらない設計 OpenFlow の適応領領域では遅延が重要なケースが多いストレージ, VoIP,VM マイグレーション

8 Running code! 市販 MAC IP Core を使わずに最低限の機能は動作 10/100Base- *, 半二重などは未実装開発環境は NetFPGA- 1G (1000BASE- T 4 ポート ) Verilog HDL+ オープンソースな開発 / 検証環境を利利用 Mac で Verilog シミュレーション可能 (iverilog,gtkwave) NetFPGA フレームワークは使わずに新規設計 code: hw

9 HW (NetFPGA-1G)

10 性能測定 1: 単体の転送性能測定性能測定 2: bonding Switch controller に Raspberry Pi を利利用 $35 で買える ARM11 SoC マシン (100 Mbps x1 ポート ) OpenFlow controller との TCP 通信などは RaspberryPi に Offload

11 Linux+Open vswitch (Raspberry Pi)

12 1: Open vswitch 側ルール ʻ in_ port=0, actions=output:1ʼ ʻ in_ port=1, actions=output:0ʼ テスト環境は RFC2544 を参照 Measure I/F: Port0 I/F: Port1 Open vswitch eth0:vlan101 eth0:vlan102 eth0:vlan103 eth0:vlan104 I/F: Port0 (vlan101) I/F: Port3 (vlan104) I/F: Port1 (vlan102) DUT(ovs-hw) I/F: Port2 (vlan103)

13 1: 手作り FPGA+PCIe ネットワークテスタで性能計測 Lattice ECP3 versa kit と NetFPGA- 1G で動作 Node.js と websocket を利利用した web フロントエンド Code: arch/magukara/ FPGA dev board Host PC DUT Ethernet Ethernet user registers PCI Express mmap node.js Browser websocket

16 : PPS 3000 円の L2 スイッチと PPS 比較 1,520,000 1,400,000 1,200,000 1,000,000 PPS 800, , ,000 L2SW && ovs-hw 200, Frame size 1600

17 : 3000 円の L2 スイッチと遅延比較 16,000 14,000 Latency (ns) 12,000 10, L2SW ovs-hw Frame size

18 2 Bonding の性能確認デバイスドライバが未実装なので,OpenWRT を参考に 802.1q による動作検証 Iperf でスループットを計測

19 PC1 PC2 フロールール Dest MAC address で output を指定 FPGA 1 計測シナリオ FPGA Offload 無し (RPiのみ) PC1- Server1 間のみ PC1- SErver1 + PC2- Server2 同時 FPGA 2 Server1 Server2

20 thruoghput (Mbps) time

21 Next step: "FPGA hub" 楽しい筐体作り FPGA チップ + メモリ + 物理理ポートたくさんだけの箱部品代は計 1 万 5 千円から 2 万円を想定妄想構成 ( 価格は発注数量量 1 の場合 ) FPGA (XC6SLX45T) 5,000 yen RJ45 x8 PHY chip x8 SRAM (QDRII) 4 MB 1,500 yen Hub 間接続 (SATA 3Gbps x4)

22 高機能なソフトウェアスイッチである Open vswitch のための HW アーキテクチャを提案 Open vswitch を HW 化 + 物理理ポート拡張する箱を検討今後について Flow table や statistics 保持方法の検討デバイスドライバ, Openflow プロトコルの連携 OVS との連携強化 (ofproto_ class との連携など ) OpenFlow 以外の OVS 機能を検討

23 Q and A code: ovs- hw, hw/ magukara, arch/magukara/ Simulation on your Mac: 1. brew install icarus- verilog gtkwave 2. git clone hw 3. cd ovs- hw; make test

26 10G DIY 実際は開発, 検証環境を揃えるのが困難参考までに可能性だけ検討開発キットが続々登場 Xilinx Kintex7 connectivity kit, NetFPGA- 10G など回路路 : 1000BASE- T との違い (10G- *R の場合 ) PHY チップの機能を FPGA で処理理 SERDES を使った最低限の PCS/PMA 機能回路路規模が大きいため上位モデルの FPGA が必要もし個人で買える 10 GbE PHY があると便便利利 XGMII 対応 (125MHz, 8 bit - > MHz, 64 bit)

27 Flow table, statistics Flow table いくつかの組み合わせを検討 ( 使用用途で入れ替え ) TCAM (BlockRAM) + Hash (SRAM) などその他 FPGA なので未使用の tuple はコードをコメントアウトして, その分のリソースを Flow table に回す Statistics HP DevoFlow などのトライアルを参考に検討サンプリング, タイミング調整, など

28 仮想ポートと物理理ポートのマッピング方法独自 Ethernet type Q ライクなカプセル化 Linux+OVS 現在はデバドラが未実装なのでポートごとに別々の VLAN ID を付与して識識別 FPGA (physical ports)

160311_icm2015-muramatsu-v2.pptx

160311_icm2015-muramatsu-v2.pptx Linux におけるパケット処理機構の性能評価に基づいた NFV 導の検討村松真, 川島太, 中裕貴, 林經正, 松尾啓志名古屋業学学院株式会社ボスコテクノロジーズ ICM 研究会 2016/03/11 研究的 VM 仮想 NIC バックエンド機構仮想化環境仮想スイッチパケット処理機構物理環境性能要因を考察汎 IA サーバ NFV 環境に適したサーバ構成を検討