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Benchmark VPN » Historique » Version 16

Baptiste Jonglez, 08/06/2014 16:39
Precisions

1 2 Baptiste Jonglez
{{>toc}}
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h1. Benchmark VPN
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But : *étudier la performance de différentes solutions de VPN sur des petits routeurs OpenWRT.*
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Le but final étant de se servir des tunnels pour router des IP publiques : [[Partage_ADSL_OpenVPN]]
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Pour les autres critères de choix (facilité de mise en place, sécurité, etc), voir [[VPN]].
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h2. Méthodologie
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Matériel : un routeur à benchmarker, et deux ordinateurs testeurs (voir plus bas pour se contenter d'un seul ordinateur testeur)
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Le routeur monte un tunnel VPN avec un ordinateur branché sur le WAN.  Sur le LAN, l'autre ordinateur se connecte normalement.
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En un schéma :
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!benchmark-setup.png!
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Une fois ce setup en place, on utilise iperf en TCP entre les deux laptops, en empruntant le tunnel (i.e. entre 192.168.42.1 et 172.23.38.2 sur le schéma)
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On ne fait pas de iperf sur le routeur directement, car iperf bouffe lui-même pas mal de CPU.  De plus, sur le routeur, on ne met ni firewall, ni NAT.
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Tests à réaliser : *iperf TCP entre les deux laptops, dans les deux sens*, dans les cas suivants :
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* test gros paquets (1400 octets), puis petits paquets (cf. VoIP, 50 à 100 octets, la mesure standard étant 64 octets)
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* sans emprunter le VPN (baseline), puis à travers le VPN
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Paramètres mesurés :
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* débit mesuré par iperf, et en déduire le nombre de paquets par secondes (attention à la taille des headers dans le calcul)
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* consommation CPU sur le routeur (difficilement automatisable / reproductible ?)
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Autres tests possibles :
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* avec/sans firewall stateful
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* client connecté sur le wifi plutôt que sur un des ports LAN (mais les résultats risquent de beaucoup dépendre du matériel wifi)
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À terme, on peut envisager une automatisation de ce processus, par exemple via un paquet OpenWRT pour le routeur et une configuration toute faite et/out script pour le testeur.
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h3. Notes sur iperf
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* C'est difficile de choisir la taille des paquets (l'option "-M" fait des choses...)
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* Le débit donné par iperf correspond au payload TCP.  Avec des petits paquets, le débit affiché peut facilement être deux fois plus faible que le débit brut sur l'interface (overhead des headers TCP/IP/Ethernet)
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* Les chiffres obtenus sont donc à prendre avec des pincettes... C'est l'ordre de grandeur qui est important.
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h3. Avec un seul laptop
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C'est possible de tester avec un seul laptop, si il a deux interfaces réseau (par exemple une carte réseau USB).  Par contre, il faut bidouiller un peu : si on iperf vers une de ses propres adresses, ça va rester en local et ne pas passer par le routeur. 
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Solution : utiliser les *network namespaces* de linux. Technique décrite ici : http://blog.bofh.it/debian/id_446
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La première interface est eth0, qui sera branchée sur le WAN (donc côté VPN), tandis que eth1 sera utilisée en simple client sur le LAN.
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<pre>
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ip netns add bench
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ip link set eth1 netns bench
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ip netns exec bench ip link set lo up
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ip netns exec bench ip link set eth1 up
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</pre>
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Il suffit ensuite de faire toutes les manips sur eth1 avec @ip netns exec bench@ devant, ou bien carrément lancer un shell dans le nouveau namespace :
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<pre>
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ip netns exec bench /bin/bash
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</pre>
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h2. Related
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Rien de bien concret côté OpenWRT :
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* http://wiki.openwrt.org/doc/howto/performance
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* http://wiki.openwrt.org/doc/hardware/performance
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h2. Résultats
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h3. Template
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Example result (fictional):
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|_.Techno    |_.Version |_.Packet size |_.In throughput |_. In measured pps |_.Out throughput |_.Out measured pps |_.Router CPU load |
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|/2. No VPN  |/2. linux 3.3.8 | 1500   | 95 Mbps        | 3K                | 95 Mbps         | 3K                | 50% sirq         |
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                        | 64           | 50 Mbps        | 15K               | 50 Mbps         | 15K               | 95% sirq         |
85 10 Baptiste Jonglez
|/2. Openvpn |/2. 2.2   | 1500         | 40 Mbps        | 1K                | 35 Mbps         | 1K                | 10% sirq, 90% openvpn |
86 10 Baptiste Jonglez
                        | 64           | 5 Mbps         | 5K                | 10 Mbps         | 5K                | 50% sirq, 50% openvpn |
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|/2. PPP/L2TPv2 |/2. linux 3.3.8    
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                     xl2tp 1.3.1    | 1500         | 40 Mbps        | 1K                | 35 Mbps         | 1K                | 20% sirq, 80% kernel |
89 10 Baptiste Jonglez
                                    | 64           | 5 Mbps         | 5K                | 10 Mbps         | 5K                | 50% sirq, 50% kernel |
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"in" and "out" throughput are defined with respect to the client. "in" is VPN server to LAN client, "out" is LAN client to VPN server.
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h3. TP-Link WR841N v8
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See specs: http://wiki.openwrt.org/toh/tp-link/tl-wr841nd#hardware
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*Notes:*
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* The router is running AA 12.09.1 (2cd71e9e), with default queuing policies (no QoS). Note that the tunnels don't have transmit queues.
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* The laptop used for benchmarking is running Archlinux, and uses the "netns" trick with two network cards (integrated gigabit and USB gigabit)
101 1 Baptiste Jonglez
* Each throughput figure is obtained by a 60-seconds TCP iperf session
102 1 Baptiste Jonglez
* Except noted otherwise, everything uses the default config:
103 1 Baptiste Jonglez
104 1 Baptiste Jonglez
  * OpenVPN: no compression, 2048 RSA static key, p2p mode, UDP, Blowfish, SHA1
105 1 Baptiste Jonglez
  * Tinc: no compression, 2048 RSA key, Blowfish, SHA1
106 16 Baptiste Jonglez
* The format for versions is <code><software> <version used by the router> (<version used by the VPN server, i.e. laptop>)</code>
107 16 Baptiste Jonglez
* "payload size" is the size of the TCP payload when using iperf in TCP mode. If you specify "iperf -M X", then the size of the TCP payload is "X - 12" (don't ask me why...)
108 16 Baptiste Jonglez
* IN: from VPN server to LAN client
109 16 Baptiste Jonglez
* OUT: from LAN client to VPN server
110 16 Baptiste Jonglez
* CPU usage is determined by looking hard at <code>top</code>, so consider it ±5% (if not a bit more)
111 15 Baptiste Jonglez
* This is TCP: for small packets, the ACKs are far from negligible (small UDP packets should produce much better throughputs, probably x1.5)
112 16 Baptiste Jonglez
* Analysis: see below the table
113 12 Baptiste Jonglez
114 12 Baptiste Jonglez
|_.Techno       |_.Version                 |_.Payload size |_.Direction |_.Throughput  |_.pps    |_.CPU (usr) |_.CPU (sys) |_.CPU (sirq) |_.Comment           |
115 13 Baptiste Jonglez
|_/4.No VPN     |/4. linux 3.3.8 (3.14.5)  |/2. 1448       | IN         |=.  94.2 Mbps |>.  8129 |=.          |=.          |=.  50%      |  Line speed        |
116 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  94.2 Mbps |>.  8129 |=.          |=.          |=.  55%      |  Line speed        |
117 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  17.4 Mbps |>. 28590 |=.          |=.          |=.  99%      |                    |
118 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  23.4 Mbps |>. 38463 |=.          |=.          |=.  99%      |                    |
119 13 Baptiste Jonglez
|_/4.GRE        |/4. linux 3.3.8 (3.14.5)  |/2. 1448       | IN         |=.  92.7 Mbps |>.  8003 |=.          |=.          |=.  78%      |  Line speed        |
120 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  92.8 Mbps |>.  8014 |=.          |=.          |=.  88%      |  Line speed        |
121 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  10.5 Mbps |>. 17197 |=.          |=.          |=.  99%      |                    |
122 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  9.92 Mbps |>. 16309 |=.          |=.          |=.  99%      |                    |
123 14 Baptiste Jonglez
|_/4.IPIP       |/4. linux 3.3.8 (3.14.5)  |/2. 1448       | IN         |=. *93.0 Mbps*|>.  8024 |=.          |=.          |=. *70%*     |  Line speed        |
124 14 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=. *93.0 Mbps*|>.  8026 |=.          |=.          |=. *80%*     |  Line speed        |
125 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  11.3 Mbps |>. 18602 |=.          |=.          |=.  99%      |                    |
126 14 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  11.4 Mbps |>.*18803*|=.          |=.          |=.  99%      |                    |
127 12 Baptiste Jonglez
|_/4.PPP/L2TPv2 |/4. linux 3.3.8 (3.14.5)
128 13 Baptiste Jonglez
                     xl2tp 1.3.1 (1.3.6)   |/2. 1448       | IN         |=.  88.8 Mbps |>.  7661 |=.          |=.          |=.  99%      | Router is not very |
129 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  88.6 Mbps |>.  7648 |=.          |=.          |=.  99%      | responsive (sometimes |
130 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  9.59 Mbps |>. 15780 |=.          |=.          |=.  99%      | the PPP session    |
131 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  8.36 Mbps |>. 13745 |=.          |=.          |=.  99%      | even timeouts)     |
132 12 Baptiste Jonglez
|_/4.Tinc
133 12 Baptiste Jonglez
 Default cipher
134 12 Baptiste Jonglez
 Default digest |/4. tinc 1.0.21 (1.0.24)
135 13 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=.  15.9 Mbps |>.  1369 |=.  55%     |=.  20%     |=.  25%      |                    |
136 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  15.1 Mbps |>.  1301 |=.  50%     |=.  25%     |=.  25%      |                    |
137 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.26 Mbps |>.  2069 |=.  40%     |=.  25%     |=.  35%      |                    |
138 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.30 Mbps |>.  2140 |=.  40%     |=.  30%     |=.  30%      |                    |
139 12 Baptiste Jonglez
|_/4.OpenVPN
140 12 Baptiste Jonglez
 Default cipher
141 12 Baptiste Jonglez
 Default auth   |/4. openvpn 2.2.2 (2.3.4)
142 14 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=. *17.9 Mbps*|>.  1548 |=.  55%     |=.  20%     |=.  25%      |                    |
143 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  15.6 Mbps |>.  1345 |=.  53%     |=.  23%     |=.  23%      |                    |
144 14 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.46 Mbps |>. *2395*|=.  40%     |=.  25%     |=.  35%      |                    |
145 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.29 Mbps |>.  2116 |=.  40%     |=.  30%     |=.  30%      |                    |
146 12 Baptiste Jonglez
|_/4.Tinc
147 12 Baptiste Jonglez
 No cipher
148 12 Baptiste Jonglez
 Default digest |/4. tinc 1.0.21 (1.0.24)
149 13 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=.  22.9 Mbps |>.  1975 |=.  45%     |=.  27%     |=.  27%      |                    |
150 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  21.3 Mbps |>.  1842 |=.  40%     |=.  35%     |=.  25%      |                    |
151 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.53 Mbps |>.  2511 |=.  35%     |=.  30%     |=.  35%      |                    |
152 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.57 Mbps |>.  2574 |=.  35%     |=.  35%     |=.  30%      |                    |
153 12 Baptiste Jonglez
|_/4.OpenVPN
154 12 Baptiste Jonglez
 No cipher
155 12 Baptiste Jonglez
 Default auth   |/4. openvpn 2.2.2 (2.3.4)
156 14 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=. *26.8 Mbps*|>.  2313 |=.  35%     |=.  30%     |=.  35%      |                    |
157 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  26.2 Mbps |>.  2264 |=.  35%     |=.  30%     |=.  30%      |                    |
158 14 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.92 Mbps |>. *3153*|=.  30%     |=.  30%     |=.  40%      |                    |
159 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.90 Mbps |>.  3130 |=.  30%     |=.  35%     |=.  35%      |                    |
160 12 Baptiste Jonglez
|_/4.Tinc
161 12 Baptiste Jonglez
 Default cipher
162 12 Baptiste Jonglez
 No digest      |/4. tinc 1.0.21 (1.0.24)
163 14 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=. *23.9 Mbps*|>.  2062 |=.  45%     |=.  27%     |=.  27%      |                    |
164 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  21.9 Mbps |>.  1890 |=.  35%     |=.  35%     |=.  30%      |                    |
165 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.95 Mbps |>.  3206 |=.  25%     |=.  30%     |=.  45%      |                    |
166 14 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.96 Mbps |>. *3225*|=.  25%     |=.  40%     |=.  35%      |                    |
167 12 Baptiste Jonglez
|_/4.OpenVPN
168 12 Baptiste Jonglez
 Default cipher
169 12 Baptiste Jonglez
 No auth        |/4. openvpn 2.2.2 (2.3.4)
170 13 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=.  22.0 Mbps |>.  1899 |=.  50%     |=.  20%     |=.  30%      |                    |
171 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  18.9 Mbps |>.  1632 |=.  50%     |=.  20%     |=.  25%      |                    |
172 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.71 Mbps |>.  2819 |=.  35%     |=.  30%     |=.  35%      |                    |
173 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.46 Mbps |>.  2403 |=.  40%     |=.  30%     |=.  30%      |                    |
174 12 Baptiste Jonglez
|_/4.Tinc
175 12 Baptiste Jonglez
 No cipher
176 12 Baptiste Jonglez
 No digest      |/4. tinc 1.0.21 (1.0.24)
177 14 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=. *42.2 Mbps*|>.  3639 |=.  10%     |=.  45%     |=.  45%      |                    |
178 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  36.7 Mbps |>.  3167 |=.  10%     |=.  50%     |=.  40%      |                    |
179 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  2.60 Mbps |>.  4276 |=.  10%     |=.  40%     |=.  50%      |                    |
180 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  2.59 Mbps |>.  4257 |=.  10%     |=.  45%     |=.  45%      |                    |
181 12 Baptiste Jonglez
|_/4.OpenVPN
182 12 Baptiste Jonglez
 No cipher
183 12 Baptiste Jonglez
 No auth        |/4. openvpn 2.2.2 (2.3.4)
184 14 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=. *42.8 Mbps*|>.  3693 |=.  15%     |=.  35%     |=.  50%      |                    |
185 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  41.8 Mbps |>.  3607 |=.  10%     |=.  45%     |=.  45%      |                    |
186 14 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  2.68 Mbps |>. *4411*|=.  15%     |=.  35%     |=.  50%      |                    |
187 1 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  2.66 Mbps |>.  4380 |=.  15%     |=.  40%     |=.  45%      |                    |
188 15 Baptiste Jonglez
189 15 Baptiste Jonglez
*Analysis:*
190 15 Baptiste Jonglez
191 15 Baptiste Jonglez
* Without surprise, kernelspace tunnels are much faster than userspace tunnels
192 15 Baptiste Jonglez
* IPIP is slightly faster than GRE (but does not support IPv6)
193 15 Baptiste Jonglez
* L2TPv2 is slightly slower than GRE or IPIP, and has a higher packet overhead; however, it can be simpler to deploy (see [[VPN#PPPL2TPv2]])
194 15 Baptiste Jonglez
* *but* don't use L2TPv2 if you expect very high throughput, as control messages will get completely overlooked by our busy router and the session will drop
195 15 Baptiste Jonglez
* OpenVPN is slightly faster than Tinc, _except_ when encrypting packets without authenticating them (this is kind of funny). But basically, use the one you like best, there is no real difference.
196 15 Baptiste Jonglez
* PPS performance is definitely not great: 4K in userspace, 19K in kernelspace. However, remember that this is TCP, so the router is also busy forwarding ACKs.
197 15 Baptiste Jonglez
* Unless you need high throughput, Tinc or OpenVPN without crypto have quite acceptable performance.