《深入浅出DPDK》——学习笔记——流分类

流分类指的是网卡依据数据包的特性将其分类的技术。分类的信息可以以不同不方式呈现给数据包的处理者，比如将分类信息记录于描述符中，将数据包丢弃或者将流导入某个或某些队列中。

传统包的分类：IP、TCP、UDP甚至VXLAN、NVGRE等tunnel报文，该信息可以体现在数据包的接收描述符中。

DPDK：Mbuf结构中含有相应的字段来表示网卡分析出的包的类型。

网卡设备同时可以根据包的类型确定其关键字，从而根据关键字确定其收包队列。

其中RSS和Flow Director技术都是依据包的类型匹配相应的关键字，从而决定其DMA的收包队列。

负载均衡是多队列网卡最常见的应用，其含义就是将负载分摊到多个执行单元上执行。对应Packet IO而言，就是将数据包收发处理分摊到多个核上。

RSS（接收方扩展）：网卡上用于将流量分散到不同队列中的技术。和硬件相关联，必须要有网卡的相关硬件支持，RSS把数据包分配到不同的队列中，其中哈希值的计算公式在硬件中完成的，也可以定制修改。

DPDK的轮询模式的驱动也提供了配置RSS的接口。

RSS就是根据关键字通过哈希函数计算出哈希值，再有哈希值确定队列。以下是各种数据包的RSS关键字：

由哈希值得到分配的队列索引，是由硬件中一个哈希值与队列对应的表来决定的。如下图很好描述了这个关系

Flow Director技术是Intel公司提出的根据包的字段精确匹配，将其分配到某个特定队列的技术。

工作流程为：网卡上存储了一个Flow Director的表，表的大小受硬件资源限制，他记录了需要匹配字段的关键字及匹配后的动作。

驱动负责操作这张表，包括初始化、增加表项、删除表项；网卡从网线上收到数据包根据关键字查Flow Director的这张表，匹配后按照表象中的动作处理，可以是分配队列、丢弃等。关键字的选取和RSS的一样。下图表示Flow Director与队列选择

相比于RSS的负载分担功能，它更具有强调特性。

比如，用户可以为某几个特定的TCP对话（S-IP+D-IP+S-Port+D-Port）预留某个队列，那么处理这些TCP对话的应用就可以只关心这个特定的队列，从而省去了CPU过滤数据包的开销，并且可以提高cache的命中率。

多队列应用于服务质量（QoS）流量类别：把发送队列分配给不同的流量类别，可以让网卡在发送侧做调度；把收包队列分配给不同的流量类别，可以做到基于流的限速。

根据流中优先级或业务类型字段，可以分为不同的流指定调度优先级和分配相应的带宽，一般网卡依据VLAN标签的UP（用户优先级）字段。网卡依据UP字段，将流划分到某个业务类型（TC），网卡设备根据TC业务做相应的处理，比如确定相对应的队列，根据优先级调度等。

发包方向

DCB模型可以在网卡上实现QoS的功能。

DCB disable和DCB enable状态下的描述符、报文及发送队列之间的关系。

对于没用使能QoS功能的情况下，对于描述符而言，网卡是按照轮询的方式来调度；对于数据包而言，，网卡从buffer0种获取数据包。

在使能QoS情况下，先根据UP来确定其属于哪个TC。TC内部的不同队列之间，网卡通过轮询的方式获取其描述符。不同的TC之间则是依据加权严格优先级来调度，同时不同的TC有不同的数据包buffer。

对描述符而言，网卡是依据加权严格优先级调度；

对数据包而言，网卡从对应的buffer中获取数据包。

加权严格优先级是常用的调度算法，其基于优先级来调度，优先级高的描述符或者数据包优先被获取，同时会考虑到权重，权重与为TC分配的带宽有关。

收包方向

在使能QoS的场景下，与发包方向类似，先根据UP来决策其属于哪个TC。一个TC会对应一组队列，然后再使用RSS或其他分类规则将其分配给不同队列。TC之间的调度同样采用加权严格优先级的调度算法。不同的网卡所采用的调度方法可能不尽相同。

不论是RSS、Flow Director、QoS等方式还是虚拟化场景下的多队列方式。都会有一组队列与虚拟化的实体相对应。

流的合法性验证的主要任务是决定哪些数据包是合法的、可被接受的。合法性检查主要包括对外部来的流和内部流的验证。

来自外部数据包哪些是本地的、可以被接收的，哪些是不可以被接收的？

可以被接收的数据包会被网卡送到主机或者网卡内置的管理控制器，其过滤主要集中在以太网的二层功能，包括VLAN及MAC过滤。

流的过滤可以分为以下步骤：

1. MAC地址的过滤

2. VLAN标签的过滤

3. 管理数据包的过滤

不同的网卡由于设计上的不一样，为了满足流分类的需求，也提供了很多分类规则技术的应用；

1. N tuple filter ：根据N元组指定队列。

2. EtherType Filter：根据以太网报文的EtherType指定队列。

3. Cloud Filter：针对云应用中的VXLAN等隧道报文指定队列等。