eal: remove zombie symbols
[dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / l3_forward.rst
1 ..  BSD LICENSE
2     Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
3     All rights reserved.
4
5     Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6     modification, are permitted provided that the following conditions
7     are met:
8
9     * Redistributions of source code must retain the above copyright
10     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
11     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12     notice, this list of conditions and the following disclaimer in
13     the documentation and/or other materials provided with the
14     distribution.
15     * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its
16     contributors may be used to endorse or promote products derived
17     from this software without specific prior written permission.
18
19     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
20     "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
21     LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
22     A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
23     OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
25     LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
26     DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
27     THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
28     (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
29     OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
30
31 L3 Forwarding Sample Application
32 ================================
33
34 The L3 Forwarding application is a simple example of packet processing using the DPDK.
35 The application performs L3 forwarding.
36
37 Overview
38 --------
39
40 The application demonstrates the use of the hash and LPM libraries in the DPDK to implement packet forwarding.
41 The initialization and run-time paths are very similar to those of the L2 forwarding application
42 (see Chapter 9 "L2 Forwarding Sample Application (in Real and Virtualized Environments)" for more information).
43 The main difference from the L2 Forwarding sample application is that the forwarding decision
44 is made based on information read from the input packet.
45
46 The lookup method is either hash-based or LPM-based and is selected at compile time. When the selected lookup method is hash-based,
47 a hash object is used to emulate the flow classification stage.
48 The hash object is used in correlation with a flow table to map each input packet to its flow at runtime.
49
50 The hash lookup key is represented by a DiffServ 5-tuple composed of the following fields read from the input packet:
51 Source IP Address, Destination IP Address, Protocol, Source Port and Destination Port.
52 The ID of the output interface for the input packet is read from the identified flow table entry.
53 The set of flows used by the application is statically configured and loaded into the hash at initialization time.
54 When the selected lookup method is LPM based, an LPM object is used to emulate the forwarding stage for IPv4 packets.
55 The LPM object is used as the routing table to identify the next hop for each input packet at runtime.
56
57 The LPM lookup key is represented by the Destination IP Address field read from the input packet.
58 The ID of the output interface for the input packet is the next hop returned by the LPM lookup.
59 The set of LPM rules used by the application is statically configured and loaded into the LPM object at initialization time.
60
61 In the sample application, hash-based forwarding supports IPv4 and IPv6. LPM-based forwarding supports IPv4 only.
62
63 Compiling the Application
64 -------------------------
65
66 To compile the application:
67
68 #.  Go to the sample application directory:
69
70     .. code-block:: console
71
72         export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
73         cd ${RTE_SDK}/examples/l3fwd
74
75 #.  Set the target (a default target is used if not specified). For example:
76
77     .. code-block:: console
78
79         export RTE_TARGET=x86_64-native-linuxapp-gcc
80
81     See the *DPDK Getting Started Guide* for possible RTE_TARGET values.
82
83 #.  Build the application:
84
85     .. code-block:: console
86
87         make
88
89 Running the Application
90 -----------------------
91
92 The application has a number of command line options:
93
94 .. code-block:: console
95
96     ./build/l3fwd [EAL options] -- -p PORTMASK [-P]  --config(port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore)] [--enable-jumbo [--max-pkt-len PKTLEN]]  [--no-numa][--hash-entry-num][--ipv6]
97
98 where,
99
100 *   -p PORTMASK: Hexadecimal bitmask of ports to configure
101
102 *   -P: optional, sets all ports to promiscuous mode so that packets are accepted regardless of the packet's Ethernet MAC destination address.
103     Without this option, only packets with the Ethernet MAC destination address set to the Ethernet address of the port are accepted.
104
105 *   --config (port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore)]: determines which queues from which ports are mapped to which cores
106
107 *   --enable-jumbo: optional, enables jumbo frames
108
109 *   --max-pkt-len: optional, maximum packet length in decimal (64-9600)
110
111 *   --no-numa: optional, disables numa awareness
112
113 *   --hash-entry-num: optional, specifies the hash entry number in hexadecimal to be setup
114
115 *   --ipv6: optional, set it if running ipv6 packets
116
117 For example, consider a dual processor socket platform where cores 0-7 and 16-23 appear on socket 0, while cores 8-15 and 24-31 appear on socket 1.
118 Let's say that the programmer wants to use memory from both NUMA nodes, the platform has only two ports, one connected to each NUMA node,
119 and the programmer wants to use two cores from each processor socket to do the packet processing.
120
121 To enable L3 forwarding between two ports, using two cores, cores 1 and 2, from each processor,
122 while also taking advantage of local memory access by optimizing around NUMA, the programmer must enable two queues from each port,
123 pin to the appropriate cores and allocate memory from the appropriate NUMA node. This is achieved using the following command:
124
125 .. code-block:: console
126
127     ./build/l3fwd -c 606 -n 4 -- -p 0x3 --config="(0,0,1),(0,1,2),(1,0,9),(1,1,10)"
128
129 In this command:
130
131 *   The -c option enables cores 0, 1, 2, 3
132
133 *   The -p option enables ports 0 and 1
134
135 *   The --config option enables two queues on each port and maps each (port,queue) pair to a specific core.
136     Logic to enable multiple RX queues using RSS and to allocate memory from the correct NUMA nodes
137     is included in the application and is done transparently.
138     The following table shows the mapping in this example:
139
140 +----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
141 | **Port** | **Queue** | **lcore** | **Description**                     |
142 |          |           |           |                                     |
143 +----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
144 | 0        | 0         | 0         | Map queue 0 from port 0 to lcore 0. |
145 |          |           |           |                                     |
146 +----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
147 | 0        | 1         | 2         | Map queue 1 from port 0 to lcore 2. |
148 |          |           |           |                                     |
149 +----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
150 | 1        | 0         | 1         | Map queue 0 from port 1 to lcore 1. |
151 |          |           |           |                                     |
152 +----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
153 | 1        | 1         | 3         | Map queue 1 from port 1 to lcore 3. |
154 |          |           |           |                                     |
155 +----------+-----------+-----------+-------------------------------------+
156
157 Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running applications and
158 the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
159
160 Explanation
161 -----------
162
163 The following sections provide some explanation of the sample application code. As mentioned in the overview section,
164 the initialization and run-time paths are very similar to those of the L2 forwarding application
165 (see Chapter 9 "L2 Forwarding Sample Application (in Real and Virtualized Environments)" for more information).
166 The following sections describe aspects that are specific to the L3 Forwarding sample application.
167
168 Hash Initialization
169 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
170
171 The hash object is created and loaded with the pre-configured entries read from a global array,
172 and then generate the expected 5-tuple as key to keep consistence with those of real flow
173 for the convenience to execute hash performance test on 4M/8M/16M flows.
174
175 .. note::
176
177     The Hash initialization will setup both ipv4 and ipv6 hash table,
178     and populate the either table depending on the value of variable ipv6.
179     To support the hash performance test with up to 8M single direction flows/16M bi-direction flows,
180     populate_ipv4_many_flow_into_table() function will populate the hash table with specified hash table entry number(default 4M).
181
182 .. note::
183
184     Value of global variable ipv6 can be specified with --ipv6 in the command line.
185     Value of global variable hash_entry_number,
186     which is used to specify the total hash entry number for all used ports in hash performance test,
187     can be specified with --hash-entry-num VALUE in command line, being its default value 4.
188
189 .. code-block:: c
190
191     #if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_EXACT_MATCH)
192
193         static void
194         setup_hash(int socketid)
195         {
196             // ...
197
198             if (hash_entry_number != HASH_ENTRY_NUMBER_DEFAULT) {
199                 if (ipv6 == 0) {
200                     /* populate the ipv4 hash */
201                     populate_ipv4_many_flow_into_table(ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid], hash_entry_number);
202                 } else {
203                     /* populate the ipv6 hash */
204                     populate_ipv6_many_flow_into_table( ipv6_l3fwd_lookup_struct[socketid], hash_entry_number);
205                 }
206             } else
207                 if (ipv6 == 0) {
208                     /* populate the ipv4 hash */
209                     populate_ipv4_few_flow_into_table(ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid]);
210                 } else {
211                     /* populate the ipv6 hash */
212                     populate_ipv6_few_flow_into_table(ipv6_l3fwd_lookup_struct[socketid]);
213                 }
214             }
215         }
216     #endif
217
218 LPM Initialization
219 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
220
221 The LPM object is created and loaded with the pre-configured entries read from a global array.
222
223 .. code-block:: c
224
225     #if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_LPM)
226
227     static void
228     setup_lpm(int socketid)
229     {
230         unsigned i;
231         int ret;
232         char s[64];
233
234         /* create the LPM table */
235
236         snprintf(s, sizeof(s), "IPV4_L3FWD_LPM_%d", socketid);
237
238         ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid] = rte_lpm_create(s, socketid, IPV4_L3FWD_LPM_MAX_RULES, 0);
239
240         if (ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid] == NULL)
241             rte_exit(EXIT_FAILURE, "Unable to create the l3fwd LPM table"
242                 " on socket %d\n", socketid);
243
244         /* populate the LPM table */
245
246         for (i = 0; i < IPV4_L3FWD_NUM_ROUTES; i++) {
247             /* skip unused ports */
248
249             if ((1 << ipv4_l3fwd_route_array[i].if_out & enabled_port_mask) == 0)
250                 continue;
251
252             ret = rte_lpm_add(ipv4_l3fwd_lookup_struct[socketid], ipv4_l3fwd_route_array[i].ip,
253                                     ipv4_l3fwd_route_array[i].depth, ipv4_l3fwd_route_array[i].if_out);
254
255             if (ret < 0) {
256                 rte_exit(EXIT_FAILURE, "Unable to add entry %u to the "
257                         "l3fwd LPM table on socket %d\n", i, socketid);
258             }
259
260             printf("LPM: Adding route 0x%08x / %d (%d)\n",
261                 (unsigned)ipv4_l3fwd_route_array[i].ip, ipv4_l3fwd_route_array[i].depth, ipv4_l3fwd_route_array[i].if_out);
262         }
263     }
264     #endif
265
266 Packet Forwarding for Hash-based Lookups
267 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
268
269 For each input packet, the packet forwarding operation is done by the l3fwd_simple_forward()
270 or simple_ipv4_fwd_4pkts() function for IPv4 packets or the simple_ipv6_fwd_4pkts() function for IPv6 packets.
271 The l3fwd_simple_forward() function provides the basic functionality for both IPv4 and IPv6 packet forwarding
272 for any number of burst packets received,
273 and the packet forwarding decision (that is, the identification of the output interface for the packet)
274 for hash-based lookups is done by the  get_ipv4_dst_port() or get_ipv6_dst_port() function.
275 The get_ipv4_dst_port() function is shown below:
276
277 .. code-block:: c
278
279     static inline uint8_t
280     get_ipv4_dst_port(void *ipv4_hdr, uint8_t portid, lookup_struct_t *ipv4_l3fwd_lookup_struct)
281     {
282         int ret = 0;
283         union ipv4_5tuple_host key;
284
285         ipv4_hdr = (uint8_t \*)ipv4_hdr + offsetof(struct ipv4_hdr, time_to_live);
286
287         m128i data = _mm_loadu_si128(( m128i*)(ipv4_hdr));
288
289         /* Get 5 tuple: dst port, src port, dst IP address, src IP address and protocol */
290
291         key.xmm = _mm_and_si128(data, mask0);
292
293         /* Find destination port */
294
295         ret = rte_hash_lookup(ipv4_l3fwd_lookup_struct, (const void *)&key);
296
297         return (uint8_t)((ret < 0)? portid : ipv4_l3fwd_out_if[ret]);
298     }
299
300 The get_ipv6_dst_port() function is similar to the get_ipv4_dst_port() function.
301
302 The simple_ipv4_fwd_4pkts() and simple_ipv6_fwd_4pkts() function are optimized for continuous 4 valid ipv4 and ipv6 packets,
303 they leverage the multiple buffer optimization to boost the performance of forwarding packets with the exact match on hash table.
304 The key code snippet of simple_ipv4_fwd_4pkts() is shown below:
305
306 .. code-block:: c
307
308     static inline void
309     simple_ipv4_fwd_4pkts(struct rte_mbuf* m[4], uint8_t portid, struct lcore_conf *qconf)
310     {
311         // ...
312
313         data[0] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[0], unsigned char *) + sizeof(struct ether_hdr) + offsetof(struct ipv4_hdr, time_to_live)));
314         data[1] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[1], unsigned char *) + sizeof(struct ether_hdr) + offsetof(struct ipv4_hdr, time_to_live)));
315         data[2] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[2], unsigned char *) + sizeof(struct ether_hdr) + offsetof(struct ipv4_hdr, time_to_live)));
316         data[3] = _mm_loadu_si128(( m128i*)(rte_pktmbuf_mtod(m[3], unsigned char *) + sizeof(struct ether_hdr) + offsetof(struct ipv4_hdr, time_to_live)));
317
318         key[0].xmm = _mm_and_si128(data[0], mask0);
319         key[1].xmm = _mm_and_si128(data[1], mask0);
320         key[2].xmm = _mm_and_si128(data[2], mask0);
321         key[3].xmm = _mm_and_si128(data[3], mask0);
322
323         const void *key_array[4] = {&key[0], &key[1], &key[2],&key[3]};
324
325         rte_hash_lookup_multi(qconf->ipv4_lookup_struct, &key_array[0], 4, ret);
326
327         dst_port[0] = (ret[0] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[0]];
328         dst_port[1] = (ret[1] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[1]];
329         dst_port[2] = (ret[2] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[2]];
330         dst_port[3] = (ret[3] < 0)? portid:ipv4_l3fwd_out_if[ret[3]];
331
332         // ...
333     }
334
335 The simple_ipv6_fwd_4pkts() function is similar to the simple_ipv4_fwd_4pkts() function.
336
337 Packet Forwarding for LPM-based Lookups
338 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
339
340 For each input packet, the packet forwarding operation is done by the l3fwd_simple_forward() function,
341 but the packet forwarding decision (that is, the identification of the output interface for the packet)
342 for LPM-based lookups is done by the get_ipv4_dst_port() function below:
343
344 .. code-block:: c
345
346     static inline uint8_t
347     get_ipv4_dst_port(struct ipv4_hdr *ipv4_hdr, uint8_t portid, lookup_struct_t *ipv4_l3fwd_lookup_struct)
348     {
349         uint8_t next_hop;
350
351         return (uint8_t) ((rte_lpm_lookup(ipv4_l3fwd_lookup_struct, rte_be_to_cpu_32(ipv4_hdr->dst_addr), &next_hop) == 0)? next_hop : portid);
352     }