网卡 LSO/LRO、GSO/GRO、TSO

LSO/LRO 简介

分别对应到发送和接收两个方向

• LSO 全称是 Large Segment Offload
• LRO 全称是 Large Receive Offload。

LSO

首先来看 LSO。我们知道计算机网络上传输的数据基本单位是离散的网包，
既然是网包，就有大小限制，这个限制就是 MTU（Maximum Transmission Unit）的大小，一般是 1518 字节。

比如我们想发送很多数据出去，经过 OS 协议栈的时候，会自动帮你拆分成几个不超过 MTU 的网包。
然而，这个拆分是比较费计算资源的（比如很多时候还要计算分别的 checksum），
由 CPU 来做的话，往往会造成使用率过高。
那可不可以把这些简单重复的操作 offload 到网卡上呢？

于是就有了 LSO，在发送数据超过 MTU 限制的时候（太容易发生了），
OS 只需要提交一次传输请求给网卡，网卡会自动的把数据拿过来，
然后进行切，并封包发出，发出的网包不超过 MTU 限制。

LRO

接下来看 LRO，当网卡收到很多碎片包的时候，LRO 可以辅助自动组合成一段较大的数据，一次性提交给 OS 处理。

一般的，LSO 和 LRO 主要面向 TCP 报文。

GSO简介

Generic Segmentation Offload 和 Generic Receive Offload，
分别比 LSO 和 LRO 更通用，自动检测网卡支持特性，支持分包则直接发给网卡，否则先分包后发给网卡。
新的驱动一般用 GSO/GRO。

TSO/UFO 简介

TCP Segmentation Offload 和 UDP fragmentation offload，分别对应 TCP 报文和 UDP 报文。

很典型的，TCP 协议中就考虑了分片存在的情况，往往是切分 TCP 的数据包，叫做 TSO。
而一般的情况，则称为 LSO 或者 GSO。

对于其他不支持切片的协议例如 UDP，则只能进行 IP 层上的切片。

查看网卡支持情况

可以通过ethtool -k eth0命令来查看网卡设备各个选项的当前状态，注意输出中各种 offload 选项的状态。

# ethtool -k eth0
Features for eth0:
rx-checksumming: on
tx-checksumming: on
        tx-checksum-ipv4: on
        tx-checksum-ip-generic: off [fixed]
        tx-checksum-ipv6: on
        tx-checksum-fcoe-crc: off [fixed]
        tx-checksum-sctp: off [fixed]
scatter-gather: on
        tx-scatter-gather: on
        tx-scatter-gather-fraglist: off [fixed]
tcp-segmentation-offload: on
        tx-tcp-segmentation: on
        tx-tcp-ecn-segmentation: off [fixed]
        tx-tcp6-segmentation: on
udp-fragmentation-offload: off [fixed]
generic-segmentation-offload: on
generic-receive-offload: on
large-receive-offload: off [fixed]
rx-vlan-offload: on
tx-vlan-offload: on
ntuple-filters: off [fixed]
receive-hashing: on
highdma: on [fixed]
rx-vlan-filter: on [fixed]
vlan-challenged: off [fixed]
tx-lockless: off [fixed]
netns-local: off [fixed]
tx-gso-robust: off [fixed]
tx-fcoe-segmentation: off [fixed]
tx-gre-segmentation: off [fixed]
tx-ipip-segmentation: off [fixed]
tx-sit-segmentation: off [fixed]
tx-udp_tnl-segmentation: off [fixed]
tx-mpls-segmentation: off [fixed]
fcoe-mtu: off [fixed]
tx-nocache-copy: on
loopback: off [fixed]
rx-fcs: off [fixed]
rx-all: off
tx-vlan-stag-hw-insert: off [fixed]
rx-vlan-stag-hw-parse: off [fixed]
rx-vlan-stag-filter: off [fixed]
l2-fwd-offload: off [fixed]

通过 ethtool -K eth0 gso off/on 这样的命令来开关。

总结

所谓的GSO，实际上是对TSO的增强。TSO将tcp协议的一些处理下放到网卡完成以减轻协议栈处理占用CPU的负载。通常以太网的MTU是1500Bytes，除去IP头（标准情况下20Bytes）、TCP头（标准情况下20Bytes），TCP的MSS (Max Segment Size)大小是1460Bytes。当应用层下发的数据超过了mss时，协议栈会对这样的payload进行分片，保证生成的报文长度不超过MTU的大小。但是对于支持TSO/GSO的网卡而言，就没这个必要了，可以把最多64K大小的payload直接往下传给协议栈，此时IP层也不会进行分片，一直会传给网卡驱动，支持TSO/GSO的网卡会自己生成TCP/IP包头和帧头，这样可以offload很多协议栈上的内存操作，checksum计算等原本靠CPU来做的工作都移给了网卡。