深度解析华云数据高速虚拟路由器解决方案

作者：华云数据研发中心-系统创新产品线 何少鹏 步宏伟 黄茂峰

网络是云平台建设与运行中最为关键的基础架构资源，业务稳定与高效运行离不开高速稳定的网络数据包处理能力，因此作为网络中的核心组件，路由器的设计方案至关重要。

华云数据作为国内领先的云计算服务提供商，自研了华云高速虚拟路由器，其是业界第一个基于fd.io/VPP技术的虚拟路由解决方案。在相同的硬件条件下，能够提供比普通虚拟路由方案高八倍的性能。华云高速虚拟路由器还支持集群方式工作，集群中多个服务器可以同时对外提供服务。比原有的主备方式不仅提高了性能，也增加了整体的可靠性。这个技术帮助华云的公有云平台打造了一个大容量，低延迟的基础网络，也给了需要高质量网络的私有云客户一个好的方案选择。

VPP技术是思科和英特尔等公司共同推出的一个通信程序开发平台，是思科的路由技术和英特尔的DPDK用户空间网络技术的一次完美结合。

图一：vpp在网络应用中的位置

近年来，随着半导体和多核计算机体系架构技术的不断创新和市场的发展，越来越多的网络设备基础架构开始向基于通用处理器平台的架构方向融合，期望用更低的成本和更短的产品开发周期来提供多样的网络单元和丰富的功能，如应用处理、控制处理、包处理、信号处理等。为了适应这一新的产业趋势，英特尔公司联合第三方软件开发公司及时推出了基于Intel?x 86 架构DPDK (Data Plane Development Kit，数据平面开发套件) 实现了高效灵活的包处理解决方案。

在专业的通信网络系统中，高速数据进出速率是衡量系统性能的关键指标之一。大多通信系统是基于Linux的定制系统，在保证实时性的嵌入式开发环境中开发出用户态下的程序完成系统功能。利用DPDK的高速报文吞吐优势，对接运行在Linux用户态的程序，对成本降低，和硬件通用化有很大的好处，使得以软件为主体的网络设备成为可能。这些基于DPDK的以软件为主体的网络应用中，VPP是最新的，也是目前看来最有潜力。

VPP的全称是向量包处理引擎(Vector Packet Processing)。思科公司从 2002 年就开始积极研发这个技术，并且已经使用到他们的商业虚拟路由器产品中。从 2016 年起，思科公司将这个技术和英特尔的DPDK技术相结合，一起开源在fd.io基金会的名义下。基于思科成熟的路由技术，VPP平台比其他的同样基于DPDK技术的其它方案能有更高的性能，更灵活的机制。

图二：vpp 与 OVSDPDK性能对比

图三是一个典型的云环境的示意图，分为控制，计算和网络三种服务节点。在传统的网络构架中，普通数据中心使用的还是Linux内核态技术。而内核态网络技术由于自身定位原因有着根本性的性能问题。结合在计算节点上使用ovs-dpdk，华云将大部分网络功能从kernel空间移到了高速的用户空间。这样，用户的数据从虚拟机出来后直接通过用户态的ovs-dpdk直接传输到网卡，到网络节点后则从网卡直接到高速虚拟路由器。整个过程中都不会经过低速的内核，提高了吞吐率的同时，也极大的减少了网络延时。这种性能的提高，不管是在华云的公有云或私有云方案实践中，都对客户的业务产生了良好的效果。

图三：网络功能从kernel空间移到高速的用户空间

在实际路由测试中，单节点模式下使用 4 个cpu线程就能达到10Gbps的小包线速，而多节点集群下则能提供更高的性能，具体测试环境和数据如图四所示。

图四：测试环境和性能对比

基于华云在云计算方面的丰富经验和强大的技术开发能力，在VPP推出后半年左右便成功地应用在华云公有云平台及私有云产品中，与典型的虚拟网络相比，数据包处理能力有了质的飞跃，极大的提升了网络性能，让平台中业务运行表现更为高效，以实现华云用户更好的使用体验。

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（编辑：武汉站长网）

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