switchdev: documentation: fix grammer error
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / Documentation / networking / switchdev.txt
1 Ethernet switch device driver model (switchdev)
2 ===============================================
3 Copyright (c) 2014 Jiri Pirko <jiri@resnulli.us>
4 Copyright (c) 2014-2015 Scott Feldman <sfeldma@gmail.com>
5
6
7 The Ethernet switch device driver model (switchdev) is an in-kernel driver
8 model for switch devices which offload the forwarding (data) plane from the
9 kernel.
10
11 Figure 1 is a block diagram showing the components of the switchdev model for
12 an example setup using a data-center-class switch ASIC chip.  Other setups
13 with SR-IOV or soft switches, such as OVS, are possible.
14
15
16                              User-space tools                                 
17                                                                               
18        user space                   |                                         
19       +-------------------------------------------------------------------+   
20        kernel                       | Netlink                                 
21                                     |                                         
22                      +--------------+-------------------------------+         
23                      |         Network stack                        |         
24                      |           (Linux)                            |         
25                      |                                              |         
26                      +----------------------------------------------+         
27                                                                               
28                            sw1p2     sw1p4     sw1p6
29                       sw1p1  +  sw1p3  +  sw1p5  +          eth1             
30                         +    |    +    |    +    |            +               
31                         |    |    |    |    |    |            |               
32                      +--+----+----+----+-+--+----+---+  +-----+-----+         
33                      |         Switch driver         |  |    mgmt   |         
34                      |        (this document)        |  |   driver  |         
35                      |                               |  |           |         
36                      +--------------+----------------+  +-----------+         
37                                     |                                         
38        kernel                       | HW bus (eg PCI)                         
39       +-------------------------------------------------------------------+   
40        hardware                     |                                         
41                      +--------------+---+------------+                        
42                      |         Switch device (sw1)   |                        
43                      |  +----+                       +--------+               
44                      |  |    v offloaded data path   | mgmt port              
45                      |  |    |                       |                        
46                      +--|----|----+----+----+----+---+                        
47                         |    |    |    |    |    |                            
48                         +    +    +    +    +    +                            
49                        p1   p2   p3   p4   p5   p6
50                                        
51                              front-panel ports                                
52                                                                               
53
54                                     Fig 1.
55
56
57 Include Files
58 -------------
59
60 #include <linux/netdevice.h>
61 #include <net/switchdev.h>
62
63
64 Configuration
65 -------------
66
67 Use "depends NET_SWITCHDEV" in driver's Kconfig to ensure switchdev model
68 support is built for driver.
69
70
71 Switch Ports
72 ------------
73
74 On switchdev driver initialization, the driver will allocate and register a
75 struct net_device (using register_netdev()) for each enumerated physical switch
76 port, called the port netdev.  A port netdev is the software representation of
77 the physical port and provides a conduit for control traffic to/from the
78 controller (the kernel) and the network, as well as an anchor point for higher
79 level constructs such as bridges, bonds, VLANs, tunnels, and L3 routers.  Using
80 standard netdev tools (iproute2, ethtool, etc), the port netdev can also
81 provide to the user access to the physical properties of the switch port such
82 as PHY link state and I/O statistics.
83
84 There is (currently) no higher-level kernel object for the switch beyond the
85 port netdevs.  All of the switchdev driver ops are netdev ops or switchdev ops.
86
87 A switch management port is outside the scope of the switchdev driver model.
88 Typically, the management port is not participating in offloaded data plane and
89 is loaded with a different driver, such as a NIC driver, on the management port
90 device.
91
92 Port Netdev Naming
93 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
94
95 Udev rules should be used for port netdev naming, using some unique attribute
96 of the port as a key, for example the port MAC address or the port PHYS name.
97 Hard-coding of kernel netdev names within the driver is discouraged; let the
98 kernel pick the default netdev name, and let udev set the final name based on a
99 port attribute.
100
101 Using port PHYS name (ndo_get_phys_port_name) for the key is particularly
102 useful for dynamically-named ports where the device names its ports based on
103 external configuration.  For example, if a physical 40G port is split logically
104 into 4 10G ports, resulting in 4 port netdevs, the device can give a unique
105 name for each port using port PHYS name.  The udev rule would be:
106
107 SUBSYSTEM=="net", ACTION=="add", DRIVER="<driver>", ATTR{phys_port_name}!="", \
108         NAME="$attr{phys_port_name}"
109
110 Suggested naming convention is "swXpYsZ", where X is the switch name or ID, Y
111 is the port name or ID, and Z is the sub-port name or ID.  For example, sw1p1s0
112 would be sub-port 0 on port 1 on switch 1.
113
114 Switch ID
115 ^^^^^^^^^
116
117 The switchdev driver must implement the switchdev op switchdev_port_attr_get
118 for SWITCHDEV_ATTR_PORT_PARENT_ID for each port netdev, returning the same
119 physical ID for each port of a switch.  The ID must be unique between switches
120 on the same system.  The ID does not need to be unique between switches on
121 different systems.
122
123 The switch ID is used to locate ports on a switch and to know if aggregated
124 ports belong to the same switch.
125
126 Port Features
127 ^^^^^^^^^^^^^
128
129 NETIF_F_NETNS_LOCAL
130
131 If the switchdev driver (and device) only supports offloading of the default
132 network namespace (netns), the driver should set this feature flag to prevent
133 the port netdev from being moved out of the default netns.  A netns-aware
134 driver/device would not set this flag and be responsible for partitioning
135 hardware to preserve netns containment.  This means hardware cannot forward
136 traffic from a port in one namespace to another port in another namespace.
137
138 Port Topology
139 ^^^^^^^^^^^^^
140
141 The port netdevs representing the physical switch ports can be organized into
142 higher-level switching constructs.  The default construct is a standalone
143 router port, used to offload L3 forwarding.  Two or more ports can be bonded
144 together to form a LAG.  Two or more ports (or LAGs) can be bridged to bridge
145 L2 networks.  VLANs can be applied to sub-divide L2 networks.  L2-over-L3
146 tunnels can be built on ports.  These constructs are built using standard Linux
147 tools such as the bridge driver, the bonding/team drivers, and netlink-based
148 tools such as iproute2.
149
150 The switchdev driver can know a particular port's position in the topology by
151 monitoring NETDEV_CHANGEUPPER notifications.  For example, a port moved into a
152 bond will see it's upper master change.  If that bond is moved into a bridge,
153 the bond's upper master will change.  And so on.  The driver will track such
154 movements to know what position a port is in in the overall topology by
155 registering for netdevice events and acting on NETDEV_CHANGEUPPER.
156
157 L2 Forwarding Offload
158 ---------------------
159
160 The idea is to offload the L2 data forwarding (switching) path from the kernel
161 to the switchdev device by mirroring bridge FDB entries down to the device.  An
162 FDB entry is the {port, MAC, VLAN} tuple forwarding destination.
163
164 To offloading L2 bridging, the switchdev driver/device should support:
165
166         - Static FDB entries installed on a bridge port
167         - Notification of learned/forgotten src mac/vlans from device
168         - STP state changes on the port
169         - VLAN flooding of multicast/broadcast and unknown unicast packets
170
171 Static FDB Entries
172 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
173
174 The switchdev driver should implement ndo_fdb_add, ndo_fdb_del and ndo_fdb_dump
175 to support static FDB entries installed to the device.  Static bridge FDB
176 entries are installed, for example, using iproute2 bridge cmd:
177
178         bridge fdb add ADDR dev DEV [vlan VID] [self]
179
180 XXX: what should be done if offloading this rule to hardware fails (for
181 example, due to full capacity in hardware tables) ?
182
183 Note: by default, the bridge does not filter on VLAN and only bridges untagged
184 traffic.  To enable VLAN support, turn on VLAN filtering:
185
186         echo 1 >/sys/class/net/<bridge>/bridge/vlan_filtering
187
188 Notification of Learned/Forgotten Source MAC/VLANs
189 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
190
191 The switch device will learn/forget source MAC address/VLAN on ingress packets
192 and notify the switch driver of the mac/vlan/port tuples.  The switch driver,
193 in turn, will notify the bridge driver using the switchdev notifier call:
194
195         err = call_switchdev_notifiers(val, dev, info);
196
197 Where val is SWITCHDEV_FDB_ADD when learning and SWITCHDEV_FDB_DEL when
198 forgetting, and info points to a struct switchdev_notifier_fdb_info.  On
199 SWITCHDEV_FDB_ADD, the bridge driver will install the FDB entry into the
200 bridge's FDB and mark the entry as NTF_EXT_LEARNED.  The iproute2 bridge
201 command will label these entries "offload":
202
203         $ bridge fdb
204         52:54:00:12:35:01 dev sw1p1 master br0 permanent
205         00:02:00:00:02:00 dev sw1p1 master br0 offload
206         00:02:00:00:02:00 dev sw1p1 self
207         52:54:00:12:35:02 dev sw1p2 master br0 permanent
208         00:02:00:00:03:00 dev sw1p2 master br0 offload
209         00:02:00:00:03:00 dev sw1p2 self
210         33:33:00:00:00:01 dev eth0 self permanent
211         01:00:5e:00:00:01 dev eth0 self permanent
212         33:33:ff:00:00:00 dev eth0 self permanent
213         01:80:c2:00:00:0e dev eth0 self permanent
214         33:33:00:00:00:01 dev br0 self permanent
215         01:00:5e:00:00:01 dev br0 self permanent
216         33:33:ff:12:35:01 dev br0 self permanent
217
218 Learning on the port should be disabled on the bridge using the bridge command:
219
220         bridge link set dev DEV learning off
221
222 Learning on the device port should be enabled, as well as learning_sync:
223
224         bridge link set dev DEV learning on self
225         bridge link set dev DEV learning_sync on self
226
227 Learning_sync attribute enables syncing of the learned/forgotton FDB entry to
228 the bridge's FDB.  It's possible, but not optimal, to enable learning on the
229 device port and on the bridge port, and disable learning_sync.
230
231 To support learning and learning_sync port attributes, the driver implements
232 switchdev op switchdev_port_attr_get/set for SWITCHDEV_ATTR_PORT_BRIDGE_FLAGS.
233 The driver should initialize the attributes to the hardware defaults.
234
235 FDB Ageing
236 ^^^^^^^^^^
237
238 There are two FDB ageing models supported: 1) ageing by the device, and 2)
239 ageing by the kernel.  Ageing by the device is preferred if many FDB entries
240 are supported.  The driver calls call_switchdev_notifiers(SWITCHDEV_FDB_DEL,
241 ...) to age out the FDB entry.  In this model, ageing by the kernel should be
242 turned off.  XXX: how to turn off ageing in kernel on a per-port basis or
243 otherwise prevent the kernel from ageing out the FDB entry?
244
245 In the kernel ageing model, the standard bridge ageing mechanism is used to age
246 out stale FDB entries.  To keep an FDB entry "alive", the driver should refresh
247 the FDB entry by calling call_switchdev_notifiers(SWITCHDEV_FDB_ADD, ...).  The
248 notification will reset the FDB entry's last-used time to now.  The driver
249 should rate limit refresh notifications, for example, no more than once a
250 second.  If the FDB entry expires, ndo_fdb_del is called to remove entry from
251 the device.  XXX: this last part isn't currently correct: ndo_fdb_del isn't
252 called, so the stale entry remains in device...this need to get fixed.
253
254 FDB Flush
255 ^^^^^^^^^
256
257 XXX: Unimplemented.  Need to support FDB flush by bridge driver for port and
258 remove both static and learned FDB entries.
259
260 STP State Change on Port
261 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
262
263 Internally or with a third-party STP protocol implementation (e.g. mstpd), the
264 bridge driver maintains the STP state for ports, and will notify the switch
265 driver of STP state change on a port using the switchdev op
266 switchdev_attr_port_set for SWITCHDEV_ATTR_PORT_STP_UPDATE.
267
268 State is one of BR_STATE_*.  The switch driver can use STP state updates to
269 update ingress packet filter list for the port.  For example, if port is
270 DISABLED, no packets should pass, but if port moves to BLOCKED, then STP BPDUs
271 and other IEEE 01:80:c2:xx:xx:xx link-local multicast packets can pass.
272
273 Note that STP BDPUs are untagged and STP state applies to all VLANs on the port
274 so packet filters should be applied consistently across untagged and tagged
275 VLANs on the port.
276
277 Flooding L2 domain
278 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
279
280 For a given L2 VLAN domain, the switch device should flood multicast/broadcast
281 and unknown unicast packets to all ports in domain, if allowed by port's
282 current STP state.  The switch driver, knowing which ports are within which
283 vlan L2 domain, can program the switch device for flooding.  The packet should
284 also be sent to the port netdev for processing by the bridge driver.  The
285 bridge should not reflood the packet to the same ports the device flooded.
286 XXX: the mechanism to avoid duplicate flood packets is being discuseed.
287
288 It is possible for the switch device to not handle flooding and push the
289 packets up to the bridge driver for flooding.  This is not ideal as the number
290 of ports scale in the L2 domain as the device is much more efficient at
291 flooding packets that software.
292
293 IGMP Snooping
294 ^^^^^^^^^^^^^
295
296 XXX: complete this section
297
298
299 L3 routing
300 ----------
301
302 Offloading L3 routing requires that device be programmed with FIB entries from
303 the kernel, with the device doing the FIB lookup and forwarding.  The device
304 does a longest prefix match (LPM) on FIB entries matching route prefix and
305 forwards the packet to the matching FIB entry's nexthop(s) egress ports.  To
306 program the device, the switchdev driver is called with add/delete ops for IPv4
307 and IPv6 FIB entries.  For IPv4, the driver implements switchdev ops:
308
309         int (*switchdev_fib_ipv4_add)(struct net_device *dev,
310                                   __be32 dst, int dst_len,
311                                   struct fib_info *fi,
312                                   u8 tos, u8 type,
313                                   u32 nlflags, u32 tb_id);
314
315         int (*switchdev_fib_ipv4_del)(struct net_device *dev,
316                                   __be32 dst, int dst_len,
317                                   struct fib_info *fi,
318                                   u8 tos, u8 type,
319                                   u32 tb_id);
320
321 to add/delete IPv4 dst/dest_len prefix on table tb_id.  The *fi structure holds
322 details on the route and route's nexthops.  *dev is one of the port netdevs
323 mentioned in the routes next hop list.  If the output port netdevs referenced
324 in the route's nexthop list don't all have the same switch ID, the driver is
325 not called to add/delete the FIB entry.
326
327 Routes offloaded to the device are labeled with "offload" in the ip route
328 listing:
329
330         $ ip route show
331         default via 192.168.0.2 dev eth0
332         11.0.0.0/30 dev sw1p1  proto kernel  scope link  src 11.0.0.2 offload
333         11.0.0.4/30 via 11.0.0.1 dev sw1p1  proto zebra  metric 20 offload
334         11.0.0.8/30 dev sw1p2  proto kernel  scope link  src 11.0.0.10 offload
335         11.0.0.12/30 via 11.0.0.9 dev sw1p2  proto zebra  metric 20 offload
336         12.0.0.2  proto zebra  metric 30 offload
337                 nexthop via 11.0.0.1  dev sw1p1 weight 1
338                 nexthop via 11.0.0.9  dev sw1p2 weight 1
339         12.0.0.3 via 11.0.0.1 dev sw1p1  proto zebra  metric 20 offload
340         12.0.0.4 via 11.0.0.9 dev sw1p2  proto zebra  metric 20 offload
341         192.168.0.0/24 dev eth0  proto kernel  scope link  src 192.168.0.15
342
343 XXX: add/del IPv6 FIB API
344
345 Nexthop Resolution
346 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
347
348 The FIB entry's nexthop list contains the nexthop tuple (gateway, dev), but for
349 the switch device to forward the packet with the correct dst mac address, the
350 nexthop gateways must be resolved to the neighbor's mac address.  Neighbor mac
351 address discovery comes via the ARP (or ND) process and is available via the
352 arp_tbl neighbor table.  To resolve the routes nexthop gateways, the driver
353 should trigger the kernel's neighbor resolution process.  See the rocker
354 driver's rocker_port_ipv4_resolve() for an example.
355
356 The driver can monitor for updates to arp_tbl using the netevent notifier
357 NETEVENT_NEIGH_UPDATE.  The device can be programmed with resolved nexthops
358 for the routes as arp_tbl updates.