Accelerate SDN/NFV Network ~ネットワーク高速化のアレコレ~ 講師：北島 佑樹 (株式会社アルティマ ) アジェンダ： -「仮想ネットワークの高速化」のアレコレについて --- SR-IOV --- VXLAN offload --- DPDK --- OVS offload --- FPGA on NIC

1. Accelerate SDN/NFV Network
~ネットワーク高速化のアレコレ~
2016 Mar

2. Who am I
 株式会社アルティマ
SE 北島佑樹 (きたじま ゆうき)
 経歴
 これまでにFAE/SEとして複数ベンダを担当
 (HW)SASコントローラーチップ(FW開発サポート)
 (SW)デジカメ向け3Dソフト
 (HW)IO仮想化
 (HW)ARM高集積サーバ
 いま
 担当：Mellanox, HGST, 6WIND, Midokura
 担当分野
→クラウドインフラ(サーバ、ストレージ、ネットワーク)
2

3. Who アルティマ & マクニカグループ
3
GmbH
D H
W
米国（カリフォルニア、イリノイ）
シンガポール
香港
台湾
中国（深セン、上海、北京）
韓国
タイ
マレーシア
中国・香港
ASEAN・インド
台湾
北米
ブラジル
欧州
マクニカ社内分社 国内関連会社
（コンポーネント）
国内関連会社
（ネットワーク）
マクニカ海外現地法人
（主に日系顧客対応）
海外グループ会社
（現地顧客対応）
GROUP

4. Topic
 「仮想ネットワークの高速化」のアレコレについて
~ 本日お話しする内容 ~
4
SR-IOV VXLAN offload DPDK
OVS offload FPGA on NIC
…とはナニ!?という話は時間上省略いたします。
何を高速化? どんなところで使えるか?
という内容重視でお話しします。

5. 仮想ネットワークアレコレ 超まとめ
5

6. 仮想NW高速化テクノロジー超まとめ
6
VXLAN offload
 国内実績多数
 枯れてきている技術
SR-IOV
 Kernelバイパスのため取り扱い注意
 最近ではクラウドでも使われ始める
 Amazon EC2でサポートしている
(NVGRE)
Ready to use…
DPDK Trendy Tech
https://fd.io/
 NFVのユースケースで注目
 DPDK対応のアプリケーションはある
が選択肢は少ない
・OSS -> OVS + DPDK
・Enterprise -> 6WIND, Vyatta
 OVS offload NIC
 FPGA NIC
 VPP Technology
 etc

7. Tips ~VXLAN offload~
 NTT docomo
7https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2014/11/04_00.html

8. Tips ~DPDK~
8
https://insights.ubuntu.com/2015/12/02/6wind-partners-with-
canonical-to-accelerate-ubuntu-cloud-networking/

9. Tips ~SR-IOV and OVS offload~
 OVSオフロードエンジン搭載NIC
9
ConnectX Series 10/25/40/100GbE

10. Tips ~FPGA NIC~
 FPGAを搭載したアダプタカード(NIC)
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FPGA
NIC ASIC
特定処理をFPGAで実装
・SSL+IPsecの暗号化/複合化を
FPGAにオフロード
FPGA上に自由にアプリケーションを開発
・用途に応じカスタマイズ可能
・機械学習、Deep Learning
・Big Data
・セキュリティ
・etc

11. Accelerate for What's ??
11

12. ネットワーク高速化するには!?
 ボトルネックの理解
12
 ScaleUPで解決するか？
 ソフトウェアスイッチ(vSwitch), virtIOのボトルネック
 割込み、コンテキストスイッチ
 NICドライバ

13. テクノロジーの分類
 HWアクセラレーション
 SWアクセラレーション
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~特徴~
・特定のハードウェアを使用することでNW処理を高速化
・HW, デバイスドライバ(inbox or Proprietary)に依存
・ポイントは求める性能が出るか否か。。。
~特徴~
・NWプロセスを効率的に処理するための仕組みを
取り入れることで高速化
・DPDKはこれに分類
・HW、アプリケーションとの連携が必須で理解が複雑

14. 14
動作解説

15. それぞれの特徴と使いどころ
 VXLAN offload
 VTEP -> RSS/TSO/RSO
15
NIC Driver
Linux Kernel
OVS
Flow Table
User Space
Virtio
VM
Virtio
VM
OVSDB
(VTEP)
ポイント説明
①VXLANパケットのchecksum, RSO/TSO, の
CPUオフロード
②[OVS] VTEP(CPU)によるVXLANのdecap/encap
③VMとの受け渡しはVLAN
意外と多い勘違い
 VTEPはオフロードしません*
 ただし、VTEPオフロードをするNICもありま
す！
使いどころ
 VM当たりのスループット性能の向上
 CPU負荷の低減
 OS inboxドライバ対応が進む
①
②
③

16. それぞれの特徴と使いどころ
 OVS
16
NIC Driver
Linux Kernel
OVS
Flow Table
User Space
Virtio
VM
Virtio
VM
①
ボトルネック多数
 パケット毎に割り込み処理発生
 コンテキストスイッチ多
 vNICオーバヘッド大
OVS
Management
③
ポイント説明
①割込み制御(IRQ)、カーネルバッファコピー
②Kernel-Userコンテキストスイッチ
③1,2同様(データパスがKernelが故)
②

17. それぞれの特徴と使いどころ
 OVS + DPDK(6WIND)
17
DPDK(PMD Driver)
Linux Kernel
OVS
Flow Table
User Space
6WIND
Fastpath
Flow Table
Virtio or
Fast vNIC
VM
Virtio or
Fast vNIC
VM
①
②
DPDK DPDK
OVS
Management
ポイント説明
①Pall Mode driverによる割込み制御
②Userスペースでのデータパス処理
③VM受け渡しのDPDK, Multi Queue対応
使いどころ
 pps性能UP(ショートパケットにも強い)
 VNF的な使い方
 PMDドライバ対応NICを要選定
②
③
メリット
 割込み負荷の低減、DP専有コアを指定
 コンテキストスイッチによるオーバーヘッド少
 VMの高速化
 OVS Transparent

18. それぞれの特徴と使いどころ
 OVS offload
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NIC Driver
Linux Kernel
User Space
VF
(SRIOV)
VM
VF
(SRIOV)
VM
③
OVS
Flow Table
OVS
Management
Stats Report
Configuraiton
VF VF
①
②
ポイント説明
①SR-IOVでVMにtap
②NICでOVSのデータプレーンを制御
③OVSコントローラーとの連携
メリット
 SR-IOVのデメリットをカバー
 OVSの高速化に特化

19. それぞれの特徴と使いどころ
 SR-IOV
19
NIC Driver
Linux Kernel
User Space
ixgbevf
VM
Virtio
VM
① VF VF
VF VF
VF VF
②
ポイント説明
①VF(Virtual Function)として複数の論理イン
ターフェース持つ
②vNICに直接tapするためカーネルバイパス
使いどころ
 仮想スイッチの要件レベルが低い部分
 OpenStack連携は課題有り

20. まとめ
20
比較項目 VXLAN
offload
OVS+DPDK SR-IOV OVS offload
性能 スループット pps スループット スループット
CPU負荷 有効 柔軟に
チューニング可
有効 有効
OpenStack連
携
N/A ○ △ △
Dev Driver ○
※対応NICを要選定
△
※対応NICを要選定
○
※製品ごとに
VF数異なる
△

21. 対応製品
– End-to-End 10, 25, 40, 50 and 100G
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Entering the Era of 25, 50 and 100GbE
25 / 100GbE Network Switch
Throughput of 6.4Tb/s
VTEP encap/decap対応(CumulusOS)
100GbE Adapter
(10 / 25 / 40 / 50 / 100GbE)
VXLAN encap/decap* , VALAN offload
Erasure Coding, RDMA
10/40GbE Adapter
(10 / 40GbE)
VALAN offload, RDMA

22. 告知) 3/3(木) Mellanoxセミナー
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http://www.altima.co.jp/seminar_workshop/160303.html
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23. Thank You
問い合わせ先：
株式会社アルティマ メラノックス担当 or 北島まで
mellanox-support@altima.co.jp
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