VPP 移植到了 FreeBSD：基础用法
作者：Tom Jones
Vector Packet Process (VPP) 是高性能框架，用于在用户空间处理数据包。得益于 FreeBSD 基金会和 RGNets 的项目，我获得资助将 VPP 移植到 FreeBSD，非常高兴与《FreeBSD 期刊》的读者分享一些基本用法。
VPP 使得转发和路由应用程序可以在用户空间编写，并提供 API 可控的接口。通过 DPDK（在 Linux 上）和 DPDK 及 netmap（在 FreeBSD 上），VPP 实现了高性能的网络处理。这些 API 允许直接零拷贝访问数据，并可用于创建可以显著超过主机转发性能的转发应用程序。
VPP 是完整的网络路由器替代方案，因此需要一些主机配置才能使用。本文展示了如何在 FreeBSD 上使用 VPP 的完整示例，大多数用户应该能够通过自己的虚拟机来跟随这些步骤。VPP 在 FreeBSD 上也可以运行在真实硬件上。
本文将介绍如何在 FreeBSD 上使用 VPP，并给出设置示例，展示如何在 FreeBSD 上完成各种任务。VPP 的资源可能较难找到，项目在 https://fd.io 的文档质量很高。
构建一个路由器
VPP 可以用于许多用途，其中最常见且最容易配置的是作为某种形式的路由器或桥接器。以将 VPP 用作路由器为例，我们需要构建包含三个节点的小型网络——客户端、服务器和路由器。
为了展示如何在 FreeBSD 上使用 VPP，我将构建最小开销的示例网络。你只需要 VPP 和 FreeBSD 系统。我还将安装 iperf3，以便我们能够生成并观察通过我们的路由器传输的一些流量。
在具有最新 Ports 的 FreeBSD 系统中，可以使用 pkg 命令安装我们所需的两个工具，如下所示：
要为我们的网络创建三个节点，我们将利用 FreeBSD 最强大的功能之一——VNET jail。VNET jail 为我们提供了完全隔离的网络堆栈实例，它们的操作方式类似于 Linux 的网络命名空间（Network Namespaces）。要创建 VNET，我们需要在创建 jail 时添加选项 vnet，并传递它将使用的接口。
最后，我们将使用 epair 接口连接我们的节点。epair 接口提供了以太网电缆两端的功能——如果你熟悉 Linux 上的 veth 接口，它们提供类似功能。
我们可以通过以下 5 个命令构建我们的测试网络：
在这些 jail 命令中需要注意的标志是 persist，如果没有这个选项，jail 将会因为没有运行进程而自动删除；vnet 使这个 jail 成为 VNET jail；和 vnet.interface=，它将指定的接口分配给 jail。
当接口被移到新的 VNET 时，它的所有配置都会被清除——这是需要注意的，因为如果你配置了接口然后将其移到 jail，可能会困惑于为什么无法工作。
设置对等端
在转到 VPP 之前，我们先设置网络的客户端和服务器端。每一方都需要分配 IP 地址，并将接口设置为启用状态。我们还需要为客户端和服务器 jail 配置默认路由。
我们的客户端和服务器 jail 现在有了 IP 地址，并且配置了通向 VPP 路由器的路由。
Netmap 要求
在我们的示例中，我们将使用 VPP 与 Netmap，Netmap 是高性能的用户空间网络框架，作为 FreeBSD 的默认组件提供。使用 Netmap 之前，接口需要一些配置——接口需要处于启用状态，并且需要配置选项 promisc。
现在我们可以开始使用 VPP 了！
VPP 的基本命令
VPP 非常灵活，支持通过配置文件、命令行接口和具备成熟 Python 绑定的 API 来配置。VPP 需要基础配置，告诉它从哪里获取命令，和它使用的控制文件的名称（如果这些文件不是默认的）。我们可以在命令行中将最小配置文件作为 VPP 的参数。对于这个示例，我们让 VPP 进入交互模式——提供给我们 CLI，并告诉 VPP 只加载我们将使用的插件（netmap），这是合理的默认设置。
如果我们不禁用所有插件，我们将需要配置机器使用 DPDK，或者单独禁用该插件。禁用插件的语法与启用 netmap 插件的语法相同。
如果一切设置正确，你将看到 VPP 的横幅和默认的 CLI 提示符（vpp#）。
VPP 命令行界面提供了很多选项，用于创建和管理接口、像桥接一样的组、添加路由和用于检查 VPP 实例性能的工具。
接口配置命令的语法类似于 Linux 的 iproute2 命令——对于来自 FreeBSD 的用户来说，这些命令可能稍显陌生，但一旦开始使用，它们还是相当清晰的。
我们的 VPP 服务器还没有配置任何主机接口，show int 只列出了默认的 local0 接口。
要在 VPP 中使用我们的 netmap 接口，我们需要先创建它们，然后再配置。
创建命令允许我们创建新的接口，我们使用 netmap 子命令和主机接口。
每个 netmap 接口都以 netmap- 为前缀创建。接口创建完成后，我们可以配置它们以供使用，并开始将 VPP 用作路由器。
命令 show int addr（show interface address 的简写）确认了我们的 IP 地址分配成功。然后，我们可以将接口启用：
配置好接口后，我们可以使用 ping 命令测试 VPP 的功能：
如果我们跳到客户端 jail，我们可以验证 VPP 正在充当路由器：
作为初始设置的最后一步，我们将在服务器 jail 中启动 iperf3 服务器，并使用客户端做 TCP 吞吐量测试。
VPP 分析
现在通过 VPP 发送了一些流量后，show int 命令的输出包含了更多信息：
接口命令现在给出了通过 VPP 接口传输的字节和数据包的摘要。这在调试流量如何流动时非常有用，尤其是当数据包丢失时。
VPP 中的 V 代表向量（vector），这在项目中有两层含义。VPP 旨在使用向量化指令加速数据包处理，同时它还将一组数据包打包成向量，以优化处理。其理论是将一组数据包一起通过处理图，从而减少缓存争用并提供最佳性能。
VPP 提供了许多工具来查询数据包处理过程中的情况。深度调优超出了本文的讨论范围，但了解 VPP 内部发生情况的初步工具是运行时命令。
运行时数据会在每个向量通过 VPP 处理图时收集，记录每个节点的遍历时间和处理的向量数量。
要使用运行时工具，最好有一些流量。可以像这样启动长时间运行的 iperf3 吞吐量测试：
现在在 VPP jail 中，我们可以清除迄今为止收集到的运行时统计信息，稍等片刻，然后查看我们的运行情况：
show runtime 输出中的列为我们提供了关于 VPP 内部运行的很好的了解。它们告诉我们自从运行时计数器被清除以来，哪些节点被激活，它们的当前状态，每个节点被调用的次数，所使用的时间，和每次调用处理的向量数量。默认情况下，VPP 的最大向量大小是 255。
最终的调试任务是使用 show vlib graph 命令检查整个数据包处理图。此命令显示每个节点和可能导向它的潜在父节点、子节点。
下一步
VPP 是一款令人印象深刻的软件——解决了兼容性问题后，VPP 的核心部分就相对容易移植。即使仅做最小调优，VPP 在 FreeBSD 上与 netmap 配合使用时也能够达到相当出色的性能，而如果配置了 DPDK，它的表现会更好。VPP 的文档正在逐步增加关于在 FreeBSD 上运行的信息，但开发者确实需要更多 FreeBSD 上 VPP 的使用案例。
从这个简单网络的例子开始，将其移植到拥有更快接口的大型网络上应该是相对简单的。
Tom Jones 是 FreeBSD 提交者，致力于保持网络堆栈的高效运行。
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