README, INSTALL: minor: Remove trailing whitespaces
[netsniff-ng.git] / trafgen.8
blob1958f4b8cbb26d72f4b57894b5fb3534cf314f40
1 .\" netsniff-ng - the packet sniffing beast
2 .\" Copyright 2013 Daniel Borkmann.
3 .\" Subject to the GPL, version 2.
4 .PP
5 .TH TRAFGEN 8 "03 March 2013" "Linux" "netsniff-ng toolkit"
6 .SH NAME
7 trafgen \- a fast, multithreaded network packet generator
8 .PP
9 .SH SYNOPSIS
10 .PP
11 \fB trafgen\fR [\fIoptions\fR]
12 .PP
13 .SH DESCRIPTION
14 .PP
15 trafgen is a fast, zero-copy network traffic generator for debugging,
16 performance evaluation, and fuzz-testing. trafgen utilizes the packet(7)
17 socket interface of Linux which postpones complete control over packet data
18 and packet headers into the user space. It has a powerful packet configuration
19 language, which is rather low-level and not limited to particular protocols.
20 Thus, trafgen can be used for many purposes. Its only limitation is that it
21 cannot mimic full streams resp. sessions. However, it is very useful for
22 various kinds of load testing in order to analyze and subsequently improve
23 systems behaviour under DoS attack scenarios, for instance.
24 .PP
25 trafgen is Linux specific, meaning there is no support for other operating
26 systems, same as netsniff-ng(8), thus we can keep the code footprint quite
27 minimal and to the point. trafgen makes use of packet(7) socket's TX_RING
28 interface of the Linux kernel, which is a mmap(2)'ed ring buffer shared between
29 user and kernel space.
30 .PP
31 By default, trafgen starts as many processes as available CPUs, pins each
32 of them to their respective CPU and sets up the ring buffer each in their own
33 process space after having compiled a list of packets to transmit. Thus, this is
34 likely the fastest one can get out of the box in terms of transmission performance
35 from user space, without having to load unsupported or non-mainline third-party
36 kernel modules. On Gigabit Ethernet, trafgen has a comparable performance to
37 pktgen, the built-in Linux kernel traffic generator, except that trafgen is more
38 flexible in terms of packet configuration possibilities. On 10-Gigabit-per-second
39 Ethernet, trafgen might be slower than pktgen due to the user/kernel space
40 overhead but still has a fairly high performance for out of the box kernels.
41 .PP
42 trafgen has the potential to do fuzz testing, meaning a packet configuration can
43 be built with random numbers on all or certain packet offsets that are freshly
44 generated each time a packet is sent out. With a built-in IPv4 ping, trafgen can
45 send out an ICMP probe after each packet injection to the remote host in order
46 to test if it is still responsive/alive. Assuming there is no answer from the
47 remote host after a certain threshold of probes, the machine is considered dead
48 and the last sent packet is printed together with the random seed that was used
49 by trafgen. You might not really get lucky fuzz-testing the Linux kernel, but
50 presumably there are buggy closed-source embedded systems or network driver's
51 firmware files that are prone to bugs, where trafgen could help in finding them.
52 .PP
53 trafgen's configuration language is quite powerful, also due to the fact, that
54 it supports C preprocessor macros. A stddef.h is being shipped with trafgen for
55 this purpose, so that well known defines from Linux kernel or network programming
56 can be reused. After a configuration file has passed the C preprocessor stage,
57 it is processed by the trafgen packet compiler. The language itself supports a
58 couple of features that are useful when assembling packets, such as built-in
59 runtime checksum support for IP, UDP and TCP. Also it has an expression evaluator
60 where arithmetic (basic operations, bit operations, bit shifting, ...) on constant
61 expressions is being reduced to a single constant on compile time. Other features
62 are ''fill'' macros, where a packet can be filled with n bytes by a constant, a
63 compile-time random number or run-time random number (as mentioned with fuzz
64 testing). Also, netsniff-ng(8) is able to convert a pcap file into a trafgen
65 configuration file, thus such a configuration can then be further tweaked for a
66 given scenario.
67 .PP
68 .SH OPTIONS
69 .PP
70 .SS -i <cfg|->, -c <cfg|i>, --in <cfg|->, --conf <cfg|->
71 Defines the input configuration file that can either be passed as a normal plain
72 text file or via stdin (''-''). Note that currently, if a configuration is
73 passed through stdin, only 1 CPU will be used.
74 .PP
75 .SS -o <dev>, -d <dev>, --out <dev>, --dev <dev>
76 Defines the outgoing networking device such as eth0, wlan0 and others.
77 .PP
78 .SS -p, --cpp
79 Pass the packet configuration to the C preprocessor before reading it into
80 trafgen. This allows #define and #include directives (e.g. to include
81 definitions from system headers) to be used in the trafgen configuration file.
82 .PP
83 .SS -J, --jumbo-support
84 By default trafgen's ring buffer frames are of a fixed size of 2048 bytes.
85 This means that if you're expecting jumbo frames or even super jumbo frames to
86 pass your line, then you will need to enable support for that with the help of
87 this option. However, this has the disadvantage of a performance regression and
88 a bigger memory footprint for the ring buffer.
89 .PP
90 .SS -R, --rfraw
91 In case the output networking device is a wireless device, it is possible with
92 trafgen to turn this into monitor mode and create a mon<X> device that trafgen
93 will be transmitting on instead of wlan<X>, for instance. This enables trafgen
94 to inject raw 802.11 frames.
95 .PP
96 .SS -s <ipv4>, --smoke-test <ipv4>
97 In case this option is enabled, trafgen will perform a smoke test. In other
98 words, it will probe the remote end, specified by an <ipv4> address, that is
99 being ''attacked'' with trafgen network traffic, if it is still alive and
100 responsive. That means, after each transmitted packet that has been configured,
101 trafgen sends out ICMP echo requests and waits for an answer before it continues.
102 In case the remote end stays unresponsive, trafgen assumes that the machine
103 has crashed and will print out the content of the last packet as a trafgen
104 packet configuration and the random seed that has been used in order to
105 reproduce a possible bug. This might be useful when testing proprietary embedded
106 devices. It is recommended to have a direct link between the host running
107 trafgen and the host being attacked by trafgen.
109 .SS -n <0|uint>, --num <0|uint>
110 Process a number of packets and then exit. If the number of packets is 0, then
111 this is equivalent to infinite packets resp. processing until interrupted.
112 Otherwise, a number given as an unsigned integer will limit processing.
114 .SS -r, --rand
115 Randomize the packet selection of the configuration file. By default, if more
116 than one packet is defined in a packet configuration, packets are scheduled for
117 transmission in a round robin fashion. With this option, they are selected
118 randomly instread.
120 .SS -P <uint>, --cpus <uint>
121 Specify the number of processes trafgen shall fork(2) off. By default trafgen
122 will start as many processes as CPUs that are online and pin them to each,
123 respectively. Allowed value must be within interval [1,CPUs].
125 .SS -t <uint>, --gap <uint>
126 Specify a static inter-packet timegap in micro-seconds. If this option is given,
127 then instead of packet(7)'s TX_RING interface, trafgen will use sendto(2) I/O
128 for network packets, even if the <uint> argument is 0. This option is useful for
129 a couple of reasons: i) comparison between sendto(2) and TX_RING performance,
130 ii) low-traffic packet probing for a given interval, iii) ping-like debugging
131 with specific payload patterns. Furthermore, the TX_RING interface does not cope
132 with interpacket gaps.
134 .SS -S <size>, --ring-size <size>
135 Manually define the TX_RING resp. TX_RING size in ''<num>KiB/MiB/GiB''. On
136 default the size is being determined based on the network connectivity rate.
138 .SS -k <uint>, --kernel-pull <uint>
139 Manually define the interval in micro-seconds where the kernel should be triggered
140 to batch process the ring buffer frames. By default, it is every 10us, but it can
141 manually be prolonged, for instance..
143 .SS -E <uint>, --seed <uint>
144 Manually set the seed for pseudo random number generator (PRNG) in trafgen. By
145 default, a random seed from /dev/urandom is used to feed glibc's PRNG. If that
146 fails, it falls back to the unix timestamp. It can be useful to set the seed
147 manually in order to be able to reproduce a trafgen session, e.g. after fuzz
148 testing.
150 .SS -u <uid>, --user <uid> resp. -g <gid>, --group <gid>
151 After ring setup, drop privileges to a non-root user/group combination.
153 .SS -V, --verbose
154 Let trafgen be more talkative and let it print the parsed configuration and
155 some ring buffer statistics.
157 .SS -e, --example
158 Show a built-in packet configuration example. This might be a good starting
159 point for an initial packet configuration scenario.
161 .SS -v, --version
162 Show version information and exit.
164 .SS -h, --help
165 Show user help and exit.
167 .SH SYNTAX
169 trafgen's packet configuration syntax is fairly simple. The very basic things
170 one needs to know is that a configuration file is a simple plain text file
171 where packets are defined. It can contain one or more packets. Packets are
172 enclosed by opening '{' and closing '}' braces, for example:
174    { /* packet 1 content goes here ... */ }
175    { /* packet 2 content goes here ... */ }
177 When trafgen is started using multiple CPUs (default), then each of those packets
178 will be scheduled for transmission on all CPUs by default. However, it is possible
179 to tell trafgen to schedule a packet only on a particular CPU:
181    cpu(1): { /* packet 1 content goes here ... */ }
182    cpu(2-3): { /* packet 2 content goes here ... */ }
184 Thus, in case we have a 4 core machine with CPU0-CPU3, packet 1 will be scheduled
185 only on CPU1, packet 2 on CPU2 and CPU3. When using trafgen with \-\-num option,
186 then these constraints will still be valid and the packet is fairly distributed
187 among those CPUs.
189 Packet content is delimited either by a comma or whitespace, or both:
191    { 0xca, 0xfe, 0xba 0xbe }
193 Packet content can be of the following:
195    hex bytes:   0xca, xff
196    decimal:     42
197    binary:      0b11110000, b11110000
198    octal:       011
199    character:   'a'
200    string:      "hello world"
201    shellcode:   "\\x31\\xdb\\x8d\\x43\\x17\\x99\\xcd\\x80\\x31\\xc9"
203 Thus, a quite useless packet packet configuration might look like this (one can
204 verify this when running this with trafgen in combination with \-V):
206    { 0xca, 42, 0b11110000, 011, 'a', "hello world",
207      "\\x31\\xdb\\x8d\\x43\\x17\\x99\\xcd\\x80\\x31\\xc9" }
209 There are a couple of helper functions in trafgen's language to make life easier
210 to write configurations:
212 i) Fill with garbage functions:
214    byte fill function:      fill(<content>, <times>): fill(0xca, 128)
215    compile-time random:     rnd(<times>): rnd(128), rnd()
216    runtime random numbers:  drnd(<times>): drnd(128), drnd()
217    compile-time counter:    seqinc(<start-val>, <increment>, <times>)
218                             seqdec(<start-val>, <decrement>, <times>)
219    runtime counter (1byte): dinc(<min-val>, <max-val>, <increment>)
220                             ddec(<min-val>, <max-val>, <decrement>)
222 ii) Checksum helper functions (packet offsets start with 0):
224    IP/ICMP checksum:        csumip/csumicmp(<off-from>, <off-to>)
225    UDP checksum:            csumudp(<off-iphdr>, <off-udpdr>)
226    TCP checksum:            csumtcp(<off-iphdr>, <off-tcphdr>)
228 iii) Multibyte functions, compile-time expression evaluation:
230    const8(<content>), c8(<content>), const16(<content>), c16(<content>),
231    const32(<content>), c32(<content>), const64(<content>), c64(<content>)
233    These functions write their result in network byte order into the packet
234 configuration, e.g. const16(0xaa) will result in ''00 aa''. Within c*()
235 functions, it is possible to do some arithmetics: -,+,*,/,%,&,|,<<,>>,^
236 E.g. const16((((1<<8)+0x32)|0b110)*2) will be evaluated to ''02 6c''.
238 Furthermore, there are two types of comments in trafgen configuration files:
240   1. Multi-line C-style comments:        /* put comment here */
241   2. Single-line Shell-style comments:   #  put comment here
243 Next to all of this, a configuration can be passed through the C preprocessor
244 before the trafgen compiler gets to see it with option \-\-cpp. To give you a
245 taste of a more advanced example, run ''trafgen \-e'', fields are commented:
247    /* Note: dynamic elements make trafgen slower! */
248    #include <stddef.h>
250    {
251      /* MAC Destination */
252      fill(0xff, ETH_ALEN),
253      /* MAC Source */
254      0x00, 0x02, 0xb3, drnd(3),
255      /* IPv4 Protocol */
256      c16(ETH_P_IP),
257      /* IPv4 Version, IHL, TOS */
258      0b01000101, 0,
259      /* IPv4 Total Len */
260      c16(59),
261      /* IPv4 Ident */
262      drnd(2),
263      /* IPv4 Flags, Frag Off */
264      0b01000000, 0,
265      /* IPv4 TTL */
266      64,
267      /* Proto TCP */
268      0x06,
269      /* IPv4 Checksum (IP header from, to) */
270      csumip(14, 33),
271      /* Source IP */
272      drnd(4),
273      /* Dest IP */
274      drnd(4),
275      /* TCP Source Port */
276      drnd(2),
277      /* TCP Dest Port */
278      c16(80),
279      /* TCP Sequence Number */
280      drnd(4),
281      /* TCP Ackn. Number */
282      c32(0),
283      /* TCP Header length + TCP SYN/ECN Flag */
284      c16((8 << 12) | TCP_FLAG_SYN | TCP_FLAG_ECE)
285      /* Window Size */
286      c16(16),
287      /* TCP Checksum (offset IP, offset TCP) */
288      csumtcp(14, 34),
289      /* TCP Options */
290      0x00, 0x00, 0x01, 0x01, 0x08, 0x0a, 0x06,
291      0x91, 0x68, 0x7d, 0x06, 0x91, 0x68, 0x6f,
292      /* Data blob */
293      "gotcha!",
294    }
296 Another real-world example by Jesper Dangaard Brouer [1]:
298    {
299      # --- ethernet header ---
300      0x00, 0x1b, 0x21, 0x3c, 0x9d, 0xf8,  # mac destination
301      0x90, 0xe2, 0xba, 0x0a, 0x56, 0xb4,  # mac source
302      const16(0x0800), # protocol
303      # --- ip header ---
304      # ipv4 version (4-bit) + ihl (4-bit), tos
305      0b01000101, 0,
306      # ipv4 total len
307      const16(40),
308      # id (note: runtime dynamic random)
309      drnd(2),
310      # ipv4 3-bit flags + 13-bit fragment offset
311      # 001 = more fragments
312      0b00100000, 0,
313      64, # ttl
314      17, # proto udp
315      # dynamic ip checksum (note: offsets are zero indexed)
316      csumip(14, 33),
317      192, 168, 51, 1, # source ip
318      192, 168, 51, 2, # dest ip
319      # --- udp header ---
320      # as this is a fragment the below stuff does not matter too much
321      const16(48054), # src port
322      const16(43514), # dst port
323      const16(20),    # udp length
324      # udp checksum can be dyn calc via csumudp(offset ip, offset tcp)
325      # which is csumudp(14, 34), but for udp its allowed to be zero
326      const16(0),
327      # payload
328      'A',  fill(0x41, 11),
329    }
331    [1] http://thread.gmane.org/gmane.linux.network/257155
333 .SH USAGE EXAMPLE
335 .SS trafgen --dev eth0 --conf trafgen.cfg
336 This is the most simple and, probably, the most common use of trafgen. It
337 will generate traffic defined in the configuration file ''trafgen.cfg'' and
338 transmit this via the ''eth0'' networking device. All online CPUs are used.
340 .SS trafgen -e | trafgen -i - -o lo --cpp -n 1
341 This is an example where we send one packet of the built-in example through
342 the loopback device. The example configuration is passed via stdin and also
343 through the C preprocessor before trafgen's packet compiler will see it.
345 .SS trafgen --dev eth0 --conf fuzzing.cfg --smoke-test 10.0.0.1
346 Read the ''fuzzing.cfg'' packet configuration file (which contains drnd()
347 calls) and send out the generated packets to the ''eth0'' device. After each
348 sent packet, ping probe the attacked host with address 10.0.0.1 to check if
349 it's still alive. This also means, that we utilize 1 CPU only, and do not
350 use the TX_RING, but sendto(2) packet I/O due to ''slow mode''.
352 .SS trafgen --dev wlan0 --rfraw --conf beacon-test.txf -V --cpus 2
353 As an output device ''wlan0'' is used and put into monitoring mode, thus we
354 are going to transmit raw 802.11 frames through the air. Use the
355 ''beacon-test.txf'' configuration file, set trafgen into verbose mode and
356 use only 2 CPUs.
358 .SS trafgen --dev em1 --conf frag_dos.cfg --rand --gap 1000
359 Use trafgen in sendto(2) mode instead of TX_RING mode and sleep after each
360 sent packet a static timegap for 1000us. Generate packets from ''frag_dos.cfg''
361 and select next packets to send randomly instead of a round-robin fashion.
362 The output device for packets is ''em1''.
364 .SS trafgen --dev eth0 --conf icmp.cfg --rand --num 1400000 -k1000
365 Send only 1400000 packets using the ''icmp.cfg'' configuration file and then
366 exit trafgen. Select packets randomly from that file for transmission and
367 send them out via ''eth0''. Also, trigger the kernel every 1000us for batching
368 the ring frames from user space (default is 10us).
370 .SS trafgen --dev eth0 --conf tcp_syn.cfg -u `id -u bob` -g `id -g bob`
371 Send out packets generated from the configuration file ''tcp_syn.cfg'' via
372 the ''eth0'' networking device. After setting up the ring for transmission,
373 drop credentials to the non-root user/group bob/bob.
375 .SH NOTE
377 trafgen can saturate a Gigabit Ethernet link without problems. As always,
378 of course, this depends on your hardware as well. Not everywhere where it
379 says Gigabit Ethernet on the box, will you reach almost physical line rate!
380 Please also read the netsniff-ng(8) man page, section NOTE for further
381 details about tuning your system e.g. with tuned(8).
383 If you intend to use trafgen on a 10-Gbit/s Ethernet NIC, make sure you
384 are using a multiqueue tc(8) discipline, and make sure that the packets
385 you generate with trafgen will have a good distribution among tx_hashes
386 so that you'll actually make use of multiqueues.
388 For introducing bit errors, delays with random variation and more, there
389 is no built-in option in trafgen. Rather, one should reuse existing methods
390 for that which integrate nicely with trafgen, such as tc(8) with its
391 different disciplines, i.e. netem.
393 For more complex packet configurations, it is recommended to use high-level
394 scripting for generating trafgen packet configurations in a more automated
395 way, i.e. also to create different traffic distributions that are common for
396 industrial benchmarking:
398     Traffic model              Distribution
400     IMIX                       64:7,  570:4,  1518:1
401     Tolly                      64:55,  78:5,   576:17, 1518:23
402     Cisco                      64:7,  594:4,  1518:1
403     RPR Trimodal               64:60, 512:20, 1518:20
404     RPR Quadrimodal            64:50, 512:15, 1518:15, 9218:20
406 The low-level nature of trafgen makes trafgen rather protocol independent
407 and therefore useful in many scenarios when stress testing is needed, for
408 instance. However, if a traffic generator with higher level packet
409 descriptions is desired, netsniff-ng's mausezahn(8) can be of good use as
410 well.
412 For smoke/fuzz testing with trafgen, it is recommended to have a direct
413 link between the host you want to analyze (''victim'' machine) and the host
414 you run trafgen on (''attacker'' machine). If the ICMP reply from the victim
415 fails, we assume that probably its kernel crashed, thus we print the last
416 sent packet togther with the seed and quit probing. It might be very unlikely
417 to find such a ping-of-death on modern Linux systems. However, there might
418 be a good chance to find it on some proprietary (e.g. embedded) systems or
419 buggy driver firmwares that are in the wild. Also, fuzz testing can be done
420 on raw 802.11 frames, of course. In case you find a ping-of-death, please
421 mention that you were using trafgen in your commit message of the fix!
423 .SH BUGS
424 For old trafgen versions only, there could occur kernel crashes: we have fixed
425 this bug in the mainline and stable kernels under commit 7f5c3e3a8 (''af_packet:
426 remove BUG statement in tpacket_destruct_skb'') and also in trafgen.
428 Probably the best is if you upgrade trafgen to the latest version.
430 .SH LEGAL
431 trafgen is licensed under the GNU GPL version 2.0.
433 .SH HISTORY
434 .B trafgen
435 was originally written for the netsniff-ng toolkit by Daniel Borkmann. It
436 is currently maintained by Tobias Klauser <tklauser@distanz.ch> and Daniel
437 Borkmann <dborkma@tik.ee.ethz.ch>.
439 .SH SEE ALSO
440 .BR netsniff-ng (8),
441 .BR mausezahn (8),
442 .BR ifpps (8),
443 .BR bpfc (8),
444 .BR flowtop (8),
445 .BR astraceroute (8),
446 .BR curvetun (8)
448 .SH AUTHOR
449 Manpage was written by Daniel Borkmann.
451 .SH COLOPHON
452 This page is part of the Linux netsniff-ng toolkit project. A description of the project,
453 and information about reporting bugs, can be found at http://netsniff-ng.org/.