NVIDIA Mellanox 是一家開放式網(wǎng)絡(luò)公司，是 Linux 內(nèi)核社區(qū)十大貢獻(xiàn)者之一。通過我們的尖端 NIC 技術(shù)，以及與開放軟件領(lǐng)導(dǎo)者（如 Red Hat ）的聯(lián)合創(chuàng)新，我們消除了部署現(xiàn)代云 DC 和 NFV 解決方案相關(guān)的性能障礙。這些突破性的性能數(shù)字是在不犧牲寶貴的服務(wù)器資源或易于部署的情況下實(shí)現(xiàn)的。 NVIDIA Mellanox ConnectX 系列以太網(wǎng)適配器的智能和并行流處理能力為寶貴的 CPU 和內(nèi)存資源帶來了最小的負(fù)擔(dān)，使 NFV 平臺(tái)能夠完成它們應(yīng)該做的事情：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用程序處理，而不是處理數(shù)據(jù)包 I / O 。

在 2018 年紅帽峰會(huì)上， NVIDIA Mellanox 宣布推出 開放網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施（ NFVI ）和云數(shù)據(jù)中心解決方案 。該解決方案將 Red Hat Enterprise Linux 云軟件與 NVIDIA Mellanox NIC 硬件的機(jī)箱內(nèi)支持相結(jié)合。我們與 Red Hat 的密切合作和聯(lián)合驗(yàn)證產(chǎn)生了一個(gè)完全集成的解決方案，它提供了高性能和高效率，并且易于部署。該解決方案包括開源數(shù)據(jù)路徑加速技術(shù)，包括數(shù)據(jù)平面開發(fā)工具包（ 數(shù)據(jù)平面開發(fā)套件 ， DPDK ）和 Open vSwitch （ OvS ）加速。

私有云和通信服務(wù)提供商正在改造其基礎(chǔ)設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)超規(guī)模公共云提供商的靈活性和效率。這種轉(zhuǎn)變基于兩個(gè)基本原則：分解和虛擬化。

分解將網(wǎng)絡(luò)軟件與底層硬件分離。服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)虛擬化通過使用 hypervisor 和 overlay 網(wǎng)絡(luò)共享行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來提高效率。這些顛覆性功能提供了靈活性、靈活性和軟件可編程性等好處。然而，由于基于內(nèi)核的 hypervisor 和虛擬交換，它們也會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能造成嚴(yán)重的影響，這兩種方法都無法有效地消耗主機(jī) CPU 周期進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包處理。為解決網(wǎng)絡(luò)性能下降而過度配置 CPU 核心會(huì)導(dǎo)致較高的資本支出，從而使通過服務(wù)器虛擬化獲得硬件效率的目標(biāo)落空。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)， Red Hat 和 NVIDIA Mellanox 向市場(chǎng)推出了一款高效、硬件加速、緊密集成的 NFVI 和云數(shù)據(jù)中心解決方案，該解決方案將 Red Hat Enterprise Linux 操作系統(tǒng)與運(yùn)行 DPDK 的 NVIDIA Mellanox ConnectX-5 網(wǎng)絡(luò)適配器以及加速交換和數(shù)據(jù)包處理（ ASAP ）相結(jié)合2） OvS 卸載技術(shù)。

ASAP2OvS 卸載加速

OvS 硬件卸載解決方案將基于軟件的緩慢虛擬交換機(jī)數(shù)據(jù)包性能提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。從本質(zhì)上講， OvS 硬件卸載提供了兩個(gè)方面的最佳選擇：數(shù)據(jù)路徑的硬件加速以及未經(jīng)修改的 OvS 控制路徑，以實(shí)現(xiàn)匹配操作規(guī)則的靈活性和編程。 NVIDIA Mellanox 是這一突破性技術(shù)的先驅(qū)，在 OvS 、 Linux 內(nèi)核、 DPDK 和 OpenStack 開源社區(qū)中引領(lǐng)了支持這一創(chuàng)新所需的開放架構(gòu)。

圖 1 。ASAP2OvS 卸載解決方案。

圖 1 顯示了 NVIDIA Mellanox open ASAP 2 OvS 卸載技術(shù)。它完全透明地將虛擬交換機(jī)和路由器數(shù)據(jù)路徑處理卸載到 NIC 嵌入式交換機(jī)（ e-switch ）。 NVIDIA Mellanox 為核心框架和 API （如 tcflower ）的上游開發(fā)做出了貢獻(xiàn)，使它們可以在 Linux 內(nèi)核和 OvS 版本中使用。這些 api 極大地加速了網(wǎng)絡(luò)功能，如覆蓋、交換、路由、安全和負(fù)載平衡。

正如在 Red Hat 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的性能測(cè)試所證實(shí)的， NVIDIA Mellanox ASAP2該技術(shù)為大型虛擬可擴(kuò)展局域網(wǎng)（ VXLAN ）數(shù)據(jù)包提供了接近 100g 的線速率吞吐量，而不消耗任何 CPU 周期。對(duì)于小包裹，ASAP2將 OvS VXLAN 數(shù)據(jù)包速率提高了 10 倍，從使用 12 個(gè) CPU 內(nèi)核的每秒 500 萬個(gè)數(shù)據(jù)包提高到每秒消耗 0 個(gè) CPU 核的 5500 萬個(gè)數(shù)據(jù)包。

云通信服務(wù)提供商和企業(yè)可以盡快實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的總體效率2– 基于的高性能解決方案，同時(shí)釋放 CPU 內(nèi)核，以便在同一服務(wù)器上打包更多虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（ vnf ）和云本地應(yīng)用程序。這有助于減少服務(wù)器占用空間并節(jié)省大量的資本支出。ASAP2已從 OSP13 和 RHEL7 。 5 作為技術(shù)預(yù)覽版提供，從 OSP16 。 1 和 RHEL8 。 2 開始正式提供。

OVS-DPDK 加速

如果您想保持現(xiàn)有較慢的 OvS virtio 數(shù)據(jù)路徑，但仍然需要一些加速，可以使用 NVIDIA Mellanox DPDK 解決方案來提高 OvS 性能。圖 2 顯示了 OvS over DPDK 解決方案使用 DPDK 軟件庫和輪詢模式驅(qū)動(dòng)程序（ PMD ），以消耗 CPU 核心為代價(jià)，顯著提高了數(shù)據(jù)包速率。

圖 2 OVS-DPDK 解決方案圖。

使用開源 DPDK 技術(shù)， NVIDIA Mellanox ConnectX-5 NIC 提供業(yè)界最佳的裸機(jī)數(shù)據(jù)包速率，即每秒 1 。 39 億個(gè)數(shù)據(jù)包，用于在 DPDK 上運(yùn)行 OvS 、 VNF 或云應(yīng)用程序。 RHEL7 。 5 完全支持 Red Hat –

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師在選擇適合其 IT 基礎(chǔ)設(shè)施需求的最佳技術(shù)時(shí)經(jīng)常面臨許多選擇。在決定是否 ASAP2 而 DPDK ，由于 ASAP 的巨大優(yōu)勢(shì)，決策變得更加容易2技術(shù)超過 DPDK 。

由于 SR-IOV 數(shù)據(jù)路徑，與ASAP2和使用傳統(tǒng)的較慢 virtio 數(shù)據(jù)路徑的 DPDK 相比， OvS 卸載實(shí)現(xiàn)了顯著更高的性能。進(jìn)一步，ASAP2通過將流卸載到 NIC 來節(jié)省 CPU 核心，在 NIC 中 DPDK 消耗 CPU 核心以次優(yōu)方式處理數(shù)據(jù)包。像 DPDK 一樣，ASAP2OvS offload 是一種開源技術(shù)，在開源社區(qū)中得到了充分的支持，并在業(yè)界得到了廣泛的采用。

關(guān)于作者

Ash Bhalgat 是 NVIDIA 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)部門的云和電信市場(chǎng)開發(fā)高級(jí)總監(jiān)。他領(lǐng)導(dǎo)云和電信解決方案、技術(shù)營(yíng)銷和合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)業(yè)務(wù)開發(fā)，以推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)投資組合收入和市場(chǎng)份額增長(zhǎng)。

審核編輯：郭婷