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原創

cpe多核性能優化

2023-11-23 08:51:05
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      在多核架構下,一個線程獨占一個CPU,將lan側的客戶上行流量和wan側sdwan下行流量進行業務分離,并根據業務復雜程度分配不同數目的CPU處理上下行流量。lan側固定一個CPU輪詢收取網卡的報文,并通過源ip地址hash計算出處理流量的CPU,將流量調度過去。wan口接受POP流量,源ip是POP側公網ip,目的ip是wan口ip,由于ip地址相對固定,不開啟網卡多隊列,采用固定網卡收包,然后將下行流量均分至處理wan側的CPU,通過lan側業務和wan側業務分離到不通的CPU以及對稱路徑實現高性能轉發。其中涉及:流量調度、流量整型、智能選路、深度報文檢測、NAT轉換、ipsec加密、ipsec解密、報文對稱路徑、session老化。

      流量調度:當前CPU處理完報文后,如果接下來的流程需要跨到其他CPU處理,則要參與流量的調度,根據不同的功能模塊采用不通的調度算法,保證每個功能模塊的session在同一個CPU上,這樣增刪查改session才可以做到無鎖化。 

      流量整型:由于業務轉發模塊采用node的鏈式處理,node之間的關系相對固定,當CPU接收到其他CPU調度過來的流量,需要有專有node承接流量,并把此node插入到原始處理鏈中,不影響正常轉發。 

      智能選路、深度報文檢測、NAT轉換:lan側接口連接客戶辦公內網,例如PC等,主要對報文進行智能選路、深度報文檢測、NAT、ipsec加密、報文跨核、流量整形,對性能損耗較多,將10個核當中的6個核用來處理lan側流量,這里編號1-6核,其中1核用輪詢的模式收取lan側報文和流量跨核調度,其余2-6這5個核首先承接來自1核調度的流量,先后進行接受調度流量、流量整形、智能選路、深度報文檢測等處理,這些操作無需修改報文內容,lan側根據源ip hash值做跨核調度,同一條流的返程流量根據目的ip hash值做流量調度,這樣可以保證同一條流是由同一個核進行session的管理。客戶上網流量不需要做ipsec封裝接入POP設備,但是需要做nat轉換,針對nat流量,會修改內網報文的源ip、源port信息,不能只根據ip地址做跨核調度的算法,返程的下行流量還需要通過目的port判斷。 

     ipsec加密模塊、ipsec解密模塊:為了不影響單個CPU性能成為瓶頸,針對ispec加密和ipsec解密模塊采用隔離CPU處理,并且采用不同的流量調度算法,在多核架構下充分發揮CPU的性能。 

    報文對稱路徑模塊:同一條流根據對稱路徑,上下行流量調度到同一個CPU處理,不同業務采用不同的算法,CPU做到無鎖化管理session。               

     session老化模塊:每個CPU擁有自己的時鐘,對老化的session釋放資源。 

    優點:

    1.針對SDWAN edge盒子業務復雜度高,提出不同業務采用不同的調度算法,經過上行流量一次調度,下行兩次調度,充分利用多核的優勢,實現高性能轉發。

    2.隔離上下行流量,對性能損耗更高的上行流量分配更多的核,避免單CPU處理較多業務帶來的性能瓶頸。

    3.針對下行ipsec大象流,做到均勻調度流量,解決大象流帶來的性能低問題。

    4.針對NAT流量,每個核分配固定可用port,這樣返程流量可根據目的port調度到正確的CPU上,解決因報文ip、port改變而無法對稱路徑的問題。

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      在多核架構下,一個線程獨占一個CPU,將lan側的客戶上行流量和wan側sdwan下行流量進行業務分離,并根據業務復雜程度分配不同數目的CPU處理上下行流量。lan側固定一個CPU輪詢收取網卡的報文,并通過源ip地址hash計算出處理流量的CPU,將流量調度過去。wan口接受POP流量,源ip是POP側公網ip,目的ip是wan口ip,由于ip地址相對固定,不開啟網卡多隊列,采用固定網卡收包,然后將下行流量均分至處理wan側的CPU,通過lan側業務和wan側業務分離到不通的CPU以及對稱路徑實現高性能轉發。其中涉及:流量調度、流量整型、智能選路、深度報文檢測、NAT轉換、ipsec加密、ipsec解密、報文對稱路徑、session老化。

      流量調度:當前CPU處理完報文后,如果接下來的流程需要跨到其他CPU處理,則要參與流量的調度,根據不同的功能模塊采用不通的調度算法,保證每個功能模塊的session在同一個CPU上,這樣增刪查改session才可以做到無鎖化。 

      流量整型:由于業務轉發模塊采用node的鏈式處理,node之間的關系相對固定,當CPU接收到其他CPU調度過來的流量,需要有專有node承接流量,并把此node插入到原始處理鏈中,不影響正常轉發。 

      智能選路、深度報文檢測、NAT轉換:lan側接口連接客戶辦公內網,例如PC等,主要對報文進行智能選路、深度報文檢測、NAT、ipsec加密、報文跨核、流量整形,對性能損耗較多,將10個核當中的6個核用來處理lan側流量,這里編號1-6核,其中1核用輪詢的模式收取lan側報文和流量跨核調度,其余2-6這5個核首先承接來自1核調度的流量,先后進行接受調度流量、流量整形、智能選路、深度報文檢測等處理,這些操作無需修改報文內容,lan側根據源ip hash值做跨核調度,同一條流的返程流量根據目的ip hash值做流量調度,這樣可以保證同一條流是由同一個核進行session的管理。客戶上網流量不需要做ipsec封裝接入POP設備,但是需要做nat轉換,針對nat流量,會修改內網報文的源ip、源port信息,不能只根據ip地址做跨核調度的算法,返程的下行流量還需要通過目的port判斷。 

     ipsec加密模塊、ipsec解密模塊:為了不影響單個CPU性能成為瓶頸,針對ispec加密和ipsec解密模塊采用隔離CPU處理,并且采用不同的流量調度算法,在多核架構下充分發揮CPU的性能。 

    報文對稱路徑模塊:同一條流根據對稱路徑,上下行流量調度到同一個CPU處理,不同業務采用不同的算法,CPU做到無鎖化管理session。               

     session老化模塊:每個CPU擁有自己的時鐘,對老化的session釋放資源。 

    優點:

    1.針對SDWAN edge盒子業務復雜度高,提出不同業務采用不同的調度算法,經過上行流量一次調度,下行兩次調度,充分利用多核的優勢,實現高性能轉發。

    2.隔離上下行流量,對性能損耗更高的上行流量分配更多的核,避免單CPU處理較多業務帶來的性能瓶頸。

    3.針對下行ipsec大象流,做到均勻調度流量,解決大象流帶來的性能低問題。

    4.針對NAT流量,每個核分配固定可用port,這樣返程流量可根據目的port調度到正確的CPU上,解決因報文ip、port改變而無法對稱路徑的問題。

文章來自個人專欄
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