Projet

Général

Profil

Benchmark VPN » Historique » Version 15

Baptiste Jonglez, 08/06/2014 16:29
Analysis

1 2 Baptiste Jonglez
{{>toc}}
2 2 Baptiste Jonglez
3 1 Baptiste Jonglez
h1. Benchmark VPN
4 1 Baptiste Jonglez
5 1 Baptiste Jonglez
But : *étudier la performance de différentes solutions de VPN sur des petits routeurs OpenWRT.*
6 1 Baptiste Jonglez
7 1 Baptiste Jonglez
Le but final étant de se servir des tunnels pour router des IP publiques : [[Partage_ADSL_OpenVPN]]
8 1 Baptiste Jonglez
9 2 Baptiste Jonglez
Pour les autres critères de choix (facilité de mise en place, sécurité, etc), voir [[VPN]].
10 1 Baptiste Jonglez
11 2 Baptiste Jonglez
h2. Méthodologie
12 1 Baptiste Jonglez
13 7 Baptiste Jonglez
Matériel : un routeur à benchmarker, et deux ordinateurs testeurs (voir plus bas pour se contenter d'un seul ordinateur testeur)
14 7 Baptiste Jonglez
15 7 Baptiste Jonglez
Le routeur monte un tunnel VPN avec un ordinateur branché sur le WAN.  Sur le LAN, l'autre ordinateur se connecte normalement.
16 7 Baptiste Jonglez
17 7 Baptiste Jonglez
En un schéma :
18 7 Baptiste Jonglez
19 1 Baptiste Jonglez
!benchmark-setup.png!
20 1 Baptiste Jonglez
21 7 Baptiste Jonglez
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)
22 7 Baptiste Jonglez
23 7 Baptiste Jonglez
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.
24 7 Baptiste Jonglez
25 7 Baptiste Jonglez
Tests à réaliser : *iperf TCP entre les deux laptops, dans les deux sens*, dans les cas suivants :
26 7 Baptiste Jonglez
27 7 Baptiste Jonglez
* test gros paquets (1400 octets), puis petits paquets (cf. VoIP, 50 à 100 octets, la mesure standard étant 64 octets)
28 7 Baptiste Jonglez
* sans emprunter le VPN (baseline), puis à travers le VPN
29 7 Baptiste Jonglez
30 7 Baptiste Jonglez
Paramètres mesurés :
31 7 Baptiste Jonglez
32 7 Baptiste Jonglez
* débit mesuré par iperf, et en déduire le nombre de paquets par secondes (attention à la taille des headers dans le calcul)
33 7 Baptiste Jonglez
* consommation CPU sur le routeur (difficilement automatisable / reproductible ?)
34 7 Baptiste Jonglez
35 7 Baptiste Jonglez
Autres tests possibles :
36 7 Baptiste Jonglez
37 7 Baptiste Jonglez
* avec/sans firewall stateful
38 7 Baptiste Jonglez
* client connecté sur le wifi plutôt que sur un des ports LAN (mais les résultats risquent de beaucoup dépendre du matériel wifi)
39 2 Baptiste Jonglez
40 1 Baptiste Jonglez
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.
41 2 Baptiste Jonglez
42 11 Baptiste Jonglez
h3. Notes sur iperf
43 11 Baptiste Jonglez
44 11 Baptiste Jonglez
* C'est difficile de choisir la taille des paquets (l'option "-M" fait des choses...)
45 11 Baptiste Jonglez
* 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)
46 11 Baptiste Jonglez
* Les chiffres obtenus sont donc à prendre avec des pincettes... C'est l'ordre de grandeur qui est important.
47 11 Baptiste Jonglez
48 8 Baptiste Jonglez
h3. Avec un seul laptop
49 8 Baptiste Jonglez
50 8 Baptiste Jonglez
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. 
51 8 Baptiste Jonglez
52 8 Baptiste Jonglez
Solution : utiliser les *network namespaces* de linux. Technique décrite ici : http://blog.bofh.it/debian/id_446
53 8 Baptiste Jonglez
54 9 Baptiste Jonglez
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.
55 9 Baptiste Jonglez
56 9 Baptiste Jonglez
<pre>
57 9 Baptiste Jonglez
ip netns add bench
58 9 Baptiste Jonglez
ip link set eth1 netns bench
59 9 Baptiste Jonglez
ip netns exec bench ip link set lo up
60 9 Baptiste Jonglez
ip netns exec bench ip link set eth1 up
61 9 Baptiste Jonglez
</pre>
62 9 Baptiste Jonglez
63 9 Baptiste Jonglez
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 :
64 9 Baptiste Jonglez
65 9 Baptiste Jonglez
<pre>
66 9 Baptiste Jonglez
ip netns exec bench /bin/bash
67 9 Baptiste Jonglez
</pre>
68 9 Baptiste Jonglez
69 1 Baptiste Jonglez
h2. Related
70 2 Baptiste Jonglez
71 2 Baptiste Jonglez
Rien de bien concret côté OpenWRT :
72 1 Baptiste Jonglez
73 2 Baptiste Jonglez
* http://wiki.openwrt.org/doc/howto/performance
74 1 Baptiste Jonglez
* http://wiki.openwrt.org/doc/hardware/performance
75 2 Baptiste Jonglez
76 2 Baptiste Jonglez
h2. Résultats
77 2 Baptiste Jonglez
78 10 Baptiste Jonglez
h3. Template
79 1 Baptiste Jonglez
80 10 Baptiste Jonglez
Example result (fictional):
81 10 Baptiste Jonglez
82 10 Baptiste Jonglez
|_.Techno    |_.Version |_.Packet size |_.In throughput |_. In measured pps |_.Out throughput |_.Out measured pps |_.Router CPU load |
83 10 Baptiste Jonglez
|/2. No VPN  |/2. linux 3.3.8 | 1500   | 95 Mbps        | 3K                | 95 Mbps         | 3K                | 50% sirq         |
84 10 Baptiste Jonglez
                        | 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 |
87 10 Baptiste Jonglez
|/2. PPP/L2TPv2 |/2. linux 3.3.8    
88 10 Baptiste Jonglez
                     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 |
90 10 Baptiste Jonglez
91 10 Baptiste Jonglez
"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.
92 10 Baptiste Jonglez
93 10 Baptiste Jonglez
h3. TP-Link WR841N v8
94 12 Baptiste Jonglez
95 12 Baptiste Jonglez
See specs: http://wiki.openwrt.org/toh/tp-link/tl-wr841nd#hardware
96 12 Baptiste Jonglez
97 12 Baptiste Jonglez
*Notes:*
98 12 Baptiste Jonglez
99 12 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...)
100 12 Baptiste Jonglez
* IN: from VPN server to LAN client
101 12 Baptiste Jonglez
* OUT: from LAN client to VPN server
102 12 Baptiste Jonglez
* The format for versions is <code><software> <version used by the router> (<version used by the VPN server, i.e. laptop>)</code>
103 15 Baptiste Jonglez
* Each throughput figure is obtained by a 60-seconds TCP iperf session
104 15 Baptiste Jonglez
* CPU usage is determined by looking hard at <code>top</code>, so consider it ±5% (if not a bit more)
105 12 Baptiste Jonglez
* Except noted otherwise, everything uses the default config:
106 1 Baptiste Jonglez
107 13 Baptiste Jonglez
  * OpenVPN: no compression, 2048 RSA static key, p2p mode, UDP, Blowfish, SHA1
108 1 Baptiste Jonglez
  * Tinc: no compression, 2048 RSA key, Blowfish, SHA1
109 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)
110 15 Baptiste Jonglez
* Analysis below the table
111 12 Baptiste Jonglez
112 12 Baptiste Jonglez
|_.Techno       |_.Version                 |_.Payload size |_.Direction |_.Throughput  |_.pps    |_.CPU (usr) |_.CPU (sys) |_.CPU (sirq) |_.Comment           |
113 13 Baptiste Jonglez
|_/4.No VPN     |/4. linux 3.3.8 (3.14.5)  |/2. 1448       | IN         |=.  94.2 Mbps |>.  8129 |=.          |=.          |=.  50%      |  Line speed        |
114 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  94.2 Mbps |>.  8129 |=.          |=.          |=.  55%      |  Line speed        |
115 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  17.4 Mbps |>. 28590 |=.          |=.          |=.  99%      |                    |
116 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  23.4 Mbps |>. 38463 |=.          |=.          |=.  99%      |                    |
117 13 Baptiste Jonglez
|_/4.GRE        |/4. linux 3.3.8 (3.14.5)  |/2. 1448       | IN         |=.  92.7 Mbps |>.  8003 |=.          |=.          |=.  78%      |  Line speed        |
118 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  92.8 Mbps |>.  8014 |=.          |=.          |=.  88%      |  Line speed        |
119 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  10.5 Mbps |>. 17197 |=.          |=.          |=.  99%      |                    |
120 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  9.92 Mbps |>. 16309 |=.          |=.          |=.  99%      |                    |
121 14 Baptiste Jonglez
|_/4.IPIP       |/4. linux 3.3.8 (3.14.5)  |/2. 1448       | IN         |=. *93.0 Mbps*|>.  8024 |=.          |=.          |=. *70%*     |  Line speed        |
122 14 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=. *93.0 Mbps*|>.  8026 |=.          |=.          |=. *80%*     |  Line speed        |
123 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  11.3 Mbps |>. 18602 |=.          |=.          |=.  99%      |                    |
124 14 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  11.4 Mbps |>.*18803*|=.          |=.          |=.  99%      |                    |
125 12 Baptiste Jonglez
|_/4.PPP/L2TPv2 |/4. linux 3.3.8 (3.14.5)
126 13 Baptiste Jonglez
                     xl2tp 1.3.1 (1.3.6)   |/2. 1448       | IN         |=.  88.8 Mbps |>.  7661 |=.          |=.          |=.  99%      | Router is not very |
127 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  88.6 Mbps |>.  7648 |=.          |=.          |=.  99%      | responsive (sometimes |
128 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  9.59 Mbps |>. 15780 |=.          |=.          |=.  99%      | the PPP session    |
129 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  8.36 Mbps |>. 13745 |=.          |=.          |=.  99%      | even timeouts)     |
130 12 Baptiste Jonglez
|_/4.Tinc
131 12 Baptiste Jonglez
 Default cipher
132 12 Baptiste Jonglez
 Default digest |/4. tinc 1.0.21 (1.0.24)
133 13 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=.  15.9 Mbps |>.  1369 |=.  55%     |=.  20%     |=.  25%      |                    |
134 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  15.1 Mbps |>.  1301 |=.  50%     |=.  25%     |=.  25%      |                    |
135 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.26 Mbps |>.  2069 |=.  40%     |=.  25%     |=.  35%      |                    |
136 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.30 Mbps |>.  2140 |=.  40%     |=.  30%     |=.  30%      |                    |
137 12 Baptiste Jonglez
|_/4.OpenVPN
138 12 Baptiste Jonglez
 Default cipher
139 12 Baptiste Jonglez
 Default auth   |/4. openvpn 2.2.2 (2.3.4)
140 14 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=. *17.9 Mbps*|>.  1548 |=.  55%     |=.  20%     |=.  25%      |                    |
141 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  15.6 Mbps |>.  1345 |=.  53%     |=.  23%     |=.  23%      |                    |
142 14 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.46 Mbps |>. *2395*|=.  40%     |=.  25%     |=.  35%      |                    |
143 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.29 Mbps |>.  2116 |=.  40%     |=.  30%     |=.  30%      |                    |
144 12 Baptiste Jonglez
|_/4.Tinc
145 12 Baptiste Jonglez
 No cipher
146 12 Baptiste Jonglez
 Default digest |/4. tinc 1.0.21 (1.0.24)
147 13 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=.  22.9 Mbps |>.  1975 |=.  45%     |=.  27%     |=.  27%      |                    |
148 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  21.3 Mbps |>.  1842 |=.  40%     |=.  35%     |=.  25%      |                    |
149 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.53 Mbps |>.  2511 |=.  35%     |=.  30%     |=.  35%      |                    |
150 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.57 Mbps |>.  2574 |=.  35%     |=.  35%     |=.  30%      |                    |
151 12 Baptiste Jonglez
|_/4.OpenVPN
152 12 Baptiste Jonglez
 No cipher
153 12 Baptiste Jonglez
 Default auth   |/4. openvpn 2.2.2 (2.3.4)
154 14 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=. *26.8 Mbps*|>.  2313 |=.  35%     |=.  30%     |=.  35%      |                    |
155 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  26.2 Mbps |>.  2264 |=.  35%     |=.  30%     |=.  30%      |                    |
156 14 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.92 Mbps |>. *3153*|=.  30%     |=.  30%     |=.  40%      |                    |
157 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.90 Mbps |>.  3130 |=.  30%     |=.  35%     |=.  35%      |                    |
158 12 Baptiste Jonglez
|_/4.Tinc
159 12 Baptiste Jonglez
 Default cipher
160 12 Baptiste Jonglez
 No digest      |/4. tinc 1.0.21 (1.0.24)
161 14 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=. *23.9 Mbps*|>.  2062 |=.  45%     |=.  27%     |=.  27%      |                    |
162 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  21.9 Mbps |>.  1890 |=.  35%     |=.  35%     |=.  30%      |                    |
163 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.95 Mbps |>.  3206 |=.  25%     |=.  30%     |=.  45%      |                    |
164 14 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.96 Mbps |>. *3225*|=.  25%     |=.  40%     |=.  35%      |                    |
165 12 Baptiste Jonglez
|_/4.OpenVPN
166 12 Baptiste Jonglez
 Default cipher
167 12 Baptiste Jonglez
 No auth        |/4. openvpn 2.2.2 (2.3.4)
168 13 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=.  22.0 Mbps |>.  1899 |=.  50%     |=.  20%     |=.  30%      |                    |
169 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  18.9 Mbps |>.  1632 |=.  50%     |=.  20%     |=.  25%      |                    |
170 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  1.71 Mbps |>.  2819 |=.  35%     |=.  30%     |=.  35%      |                    |
171 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  1.46 Mbps |>.  2403 |=.  40%     |=.  30%     |=.  30%      |                    |
172 12 Baptiste Jonglez
|_/4.Tinc
173 12 Baptiste Jonglez
 No cipher
174 12 Baptiste Jonglez
 No digest      |/4. tinc 1.0.21 (1.0.24)
175 14 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=. *42.2 Mbps*|>.  3639 |=.  10%     |=.  45%     |=.  45%      |                    |
176 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  36.7 Mbps |>.  3167 |=.  10%     |=.  50%     |=.  40%      |                    |
177 13 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  2.60 Mbps |>.  4276 |=.  10%     |=.  40%     |=.  50%      |                    |
178 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  2.59 Mbps |>.  4257 |=.  10%     |=.  45%     |=.  45%      |                    |
179 12 Baptiste Jonglez
|_/4.OpenVPN
180 12 Baptiste Jonglez
 No cipher
181 12 Baptiste Jonglez
 No auth        |/4. openvpn 2.2.2 (2.3.4)
182 14 Baptiste Jonglez
                 OpenSSL 1.0.1g (1.0.1.g)  |/2. 1448       | IN         |=. *42.8 Mbps*|>.  3693 |=.  15%     |=.  35%     |=.  50%      |                    |
183 13 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  41.8 Mbps |>.  3607 |=.  10%     |=.  45%     |=.  45%      |                    |
184 14 Baptiste Jonglez
                                           |/2.   76       | IN         |=.  2.68 Mbps |>. *4411*|=.  15%     |=.  35%     |=.  50%      |                    |
185 1 Baptiste Jonglez
                                                           | OUT        |=.  2.66 Mbps |>.  4380 |=.  15%     |=.  40%     |=.  45%      |                    |
186 15 Baptiste Jonglez
187 15 Baptiste Jonglez
*Analysis:*
188 15 Baptiste Jonglez
189 15 Baptiste Jonglez
* Without surprise, kernelspace tunnels are much faster than userspace tunnels
190 15 Baptiste Jonglez
* IPIP is slightly faster than GRE (but does not support IPv6)
191 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]])
192 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
193 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.
194 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.
195 15 Baptiste Jonglez
* Unless you need high throughput, Tinc or OpenVPN without crypto have quite acceptable performance.