docs: install: Fix a minor typo
[netsniff-ng.git] / trafgen.8
blob72c2575381a5005aa381b3d7798dfe011ac74861
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 \fBtrafgen\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 <time>, --gap <time>
126 Specify a static inter-packet timegap in seconds, milliseconds, microseconds,
127 or nanoseconds: ''<num>s/ms/us/ns''. If no postfix is given default to
128 microseconds. If this option is given, then instead of packet(7)'s TX_RING
129 interface, trafgen will use sendto(2) I/O for network packets, even if the
130 <time> argument is 0. This option is useful for a couple of reasons: i)
131 comparison between sendto(2) and TX_RING performance, ii) low-traffic packet
132 probing for a given interval, iii) ping-like debugging with specific payload
133 patterns. Furthermore, the TX_RING interface does not cope with interpacket
134 gaps.
136 .SS -S <size>, --ring-size <size>
137 Manually define the TX_RING resp. TX_RING size in ''<num>KiB/MiB/GiB''. On
138 default the size is being determined based on the network connectivity rate.
140 .SS -k <uint>, --kernel-pull <uint>
141 Manually define the interval in micro-seconds where the kernel should be triggered
142 to batch process the ring buffer frames. By default, it is every 10us, but it can
143 manually be prolonged, for instance..
145 .SS -E <uint>, --seed <uint>
146 Manually set the seed for pseudo random number generator (PRNG) in trafgen. By
147 default, a random seed from /dev/urandom is used to feed glibc's PRNG. If that
148 fails, it falls back to the unix timestamp. It can be useful to set the seed
149 manually in order to be able to reproduce a trafgen session, e.g. after fuzz
150 testing.
152 .SS -u <uid>, --user <uid> resp. -g <gid>, --group <gid>
153 After ring setup, drop privileges to a non-root user/group combination.
155 .SS -H, --prio-high
156 Set this process as a high priority process in order to achieve a higher
157 scheduling rate resp. CPU time. This is however not the default setting, since
158 it could lead to starvation of other processes, for example low priority kernel
159 threads.
161 .SS -Q, --notouch-irq
162 Do not reassign the NIC's IRQ CPU affinity settings.
164 .SS -q, --qdisc-path
165 Since Linux 3.14, the kernel supports a socket option PACKET_QDISC_BYPASS,
166 which trafgen enables by default.  This options disables the qdisc bypass,
167 and uses the normal send path through the kernel's qdisc (traffic control)
168 layer, which can be usefully for testing the qdisc path.
170 .SS -V, --verbose
171 Let trafgen be more talkative and let it print the parsed configuration and
172 some ring buffer statistics.
174 .SS -e, --example
175 Show a built-in packet configuration example. This might be a good starting
176 point for an initial packet configuration scenario.
178 .SS -C, --no-cpu-stats
179 Do not print CPU time statistics on exit.
181 .SS -v, --version
182 Show version information and exit.
184 .SS -h, --help
185 Show user help and exit.
187 .SH SYNTAX
189 trafgen's packet configuration syntax is fairly simple. The very basic things
190 one needs to know is that a configuration file is a simple plain text file
191 where packets are defined. It can contain one or more packets. Packets are
192 enclosed by opening '{' and closing '}' braces, for example:
194    { /* packet 1 content goes here ... */ }
195    { /* packet 2 content goes here ... */ }
197 When trafgen is started using multiple CPUs (default), then each of those packets
198 will be scheduled for transmission on all CPUs by default. However, it is possible
199 to tell trafgen to schedule a packet only on a particular CPU:
201    cpu(1): { /* packet 1 content goes here ... */ }
202    cpu(2-3): { /* packet 2 content goes here ... */ }
204 Thus, in case we have a 4 core machine with CPU0-CPU3, packet 1 will be scheduled
205 only on CPU1, packet 2 on CPU2 and CPU3. When using trafgen with \-\-num option,
206 then these constraints will still be valid and the packet is fairly distributed
207 among those CPUs.
209 Packet content is delimited either by a comma or whitespace, or both:
211    { 0xca, 0xfe, 0xba 0xbe }
213 Packet content can be of the following:
215    hex bytes:   0xca, xff
216    decimal:     42
217    binary:      0b11110000, b11110000
218    octal:       011
219    character:   'a'
220    string:      "hello world"
221    shellcode:   "\\x31\\xdb\\x8d\\x43\\x17\\x99\\xcd\\x80\\x31\\xc9"
223 Thus, a quite useless packet packet configuration might look like this (one can
224 verify this when running this with trafgen in combination with \-V):
226    { 0xca, 42, 0b11110000, 011, 'a', "hello world",
227      "\\x31\\xdb\\x8d\\x43\\x17\\x99\\xcd\\x80\\x31\\xc9" }
229 There are a couple of helper functions in trafgen's language to make life easier
230 to write configurations:
232 i) Fill with garbage functions:
234    byte fill function:      fill(<content>, <times>): fill(0xca, 128)
235    compile-time random:     rnd(<times>): rnd(128), rnd()
236    runtime random numbers:  drnd(<times>): drnd(128), drnd()
237    compile-time counter:    seqinc(<start-val>, <increment>, <times>)
238                             seqdec(<start-val>, <decrement>, <times>)
239    runtime counter (1byte): dinc(<min-val>, <max-val>, <increment>)
240                             ddec(<min-val>, <max-val>, <decrement>)
242 ii) Checksum helper functions (packet offsets start with 0):
244    IP/ICMP checksum:        csumip/csumicmp(<off-from>, <off-to>)
245    UDP checksum:            csumudp(<off-iphdr>, <off-udpdr>)
246    TCP checksum:            csumtcp(<off-iphdr>, <off-tcphdr>)
248 iii) Multibyte functions, compile-time expression evaluation:
250    const8(<content>), c8(<content>), const16(<content>), c16(<content>),
251    const32(<content>), c32(<content>), const64(<content>), c64(<content>)
253    These functions write their result in network byte order into the packet
254 configuration, e.g. const16(0xaa) will result in ''00 aa''. Within c*()
255 functions, it is possible to do some arithmetics: -,+,*,/,%,&,|,<<,>>,^
256 E.g. const16((((1<<8)+0x32)|0b110)*2) will be evaluated to ''02 6c''.
258 Furthermore, there are two types of comments in trafgen configuration files:
260   1. Multi-line C-style comments:        /* put comment here */
261   2. Single-line Shell-style comments:   #  put comment here
263 Next to all of this, a configuration can be passed through the C preprocessor
264 before the trafgen compiler gets to see it with option \-\-cpp. To give you a
265 taste of a more advanced example, run ''trafgen \-e'', fields are commented:
267    /* Note: dynamic elements make trafgen slower! */
268    #include <stddef.h>
270    {
271      /* MAC Destination */
272      fill(0xff, ETH_ALEN),
273      /* MAC Source */
274      0x00, 0x02, 0xb3, drnd(3),
275      /* IPv4 Protocol */
276      c16(ETH_P_IP),
277      /* IPv4 Version, IHL, TOS */
278      0b01000101, 0,
279      /* IPv4 Total Len */
280      c16(59),
281      /* IPv4 Ident */
282      drnd(2),
283      /* IPv4 Flags, Frag Off */
284      0b01000000, 0,
285      /* IPv4 TTL */
286      64,
287      /* Proto TCP */
288      0x06,
289      /* IPv4 Checksum (IP header from, to) */
290      csumip(14, 33),
291      /* Source IP */
292      drnd(4),
293      /* Dest IP */
294      drnd(4),
295      /* TCP Source Port */
296      drnd(2),
297      /* TCP Dest Port */
298      c16(80),
299      /* TCP Sequence Number */
300      drnd(4),
301      /* TCP Ackn. Number */
302      c32(0),
303      /* TCP Header length + TCP SYN/ECN Flag */
304      c16((8 << 12) | TCP_FLAG_SYN | TCP_FLAG_ECE)
305      /* Window Size */
306      c16(16),
307      /* TCP Checksum (offset IP, offset TCP) */
308      csumtcp(14, 34),
309      /* TCP Options */
310      0x00, 0x00, 0x01, 0x01, 0x08, 0x0a, 0x06,
311      0x91, 0x68, 0x7d, 0x06, 0x91, 0x68, 0x6f,
312      /* Data blob */
313      "gotcha!",
314    }
316 Another real-world example by Jesper Dangaard Brouer [1]:
318    {
319      # --- ethernet header ---
320      0x00, 0x1b, 0x21, 0x3c, 0x9d, 0xf8,  # mac destination
321      0x90, 0xe2, 0xba, 0x0a, 0x56, 0xb4,  # mac source
322      const16(0x0800), # protocol
323      # --- ip header ---
324      # ipv4 version (4-bit) + ihl (4-bit), tos
325      0b01000101, 0,
326      # ipv4 total len
327      const16(40),
328      # id (note: runtime dynamic random)
329      drnd(2),
330      # ipv4 3-bit flags + 13-bit fragment offset
331      # 001 = more fragments
332      0b00100000, 0,
333      64, # ttl
334      17, # proto udp
335      # dynamic ip checksum (note: offsets are zero indexed)
336      csumip(14, 33),
337      192, 168, 51, 1, # source ip
338      192, 168, 51, 2, # dest ip
339      # --- udp header ---
340      # as this is a fragment the below stuff does not matter too much
341      const16(48054), # src port
342      const16(43514), # dst port
343      const16(20),    # udp length
344      # udp checksum can be dyn calc via csumudp(offset ip, offset tcp)
345      # which is csumudp(14, 34), but for udp its allowed to be zero
346      const16(0),
347      # payload
348      'A',  fill(0x41, 11),
349    }
351    [1] http://thread.gmane.org/gmane.linux.network/257155
353 .SH USAGE EXAMPLE
355 .SS trafgen --dev eth0 --conf trafgen.cfg
356 This is the most simple and, probably, the most common use of trafgen. It
357 will generate traffic defined in the configuration file ''trafgen.cfg'' and
358 transmit this via the ''eth0'' networking device. All online CPUs are used.
360 .SS trafgen -e | trafgen -i - -o lo --cpp -n 1
361 This is an example where we send one packet of the built-in example through
362 the loopback device. The example configuration is passed via stdin and also
363 through the C preprocessor before trafgen's packet compiler will see it.
365 .SS trafgen --dev eth0 --conf fuzzing.cfg --smoke-test 10.0.0.1
366 Read the ''fuzzing.cfg'' packet configuration file (which contains drnd()
367 calls) and send out the generated packets to the ''eth0'' device. After each
368 sent packet, ping probe the attacked host with address 10.0.0.1 to check if
369 it's still alive. This also means, that we utilize 1 CPU only, and do not
370 use the TX_RING, but sendto(2) packet I/O due to ''slow mode''.
372 .SS trafgen --dev wlan0 --rfraw --conf beacon-test.txf -V --cpus 2
373 As an output device ''wlan0'' is used and put into monitoring mode, thus we
374 are going to transmit raw 802.11 frames through the air. Use the
375 ''beacon-test.txf'' configuration file, set trafgen into verbose mode and
376 use only 2 CPUs.
378 .SS trafgen --dev em1 --conf frag_dos.cfg --rand --gap 1000us
379 Use trafgen in sendto(2) mode instead of TX_RING mode and sleep after each
380 sent packet a static timegap for 1000us. Generate packets from ''frag_dos.cfg''
381 and select next packets to send randomly instead of a round-robin fashion.
382 The output device for packets is ''em1''.
384 .SS trafgen --dev eth0 --conf icmp.cfg --rand --num 1400000 -k1000
385 Send only 1400000 packets using the ''icmp.cfg'' configuration file and then
386 exit trafgen. Select packets randomly from that file for transmission and
387 send them out via ''eth0''. Also, trigger the kernel every 1000us for batching
388 the ring frames from user space (default is 10us).
390 .SS trafgen --dev eth0 --conf tcp_syn.cfg -u `id -u bob` -g `id -g bob`
391 Send out packets generated from the configuration file ''tcp_syn.cfg'' via
392 the ''eth0'' networking device. After setting up the ring for transmission,
393 drop credentials to the non-root user/group bob/bob.
395 .SH NOTE
397 trafgen can saturate a Gigabit Ethernet link without problems. As always,
398 of course, this depends on your hardware as well. Not everywhere where it
399 says Gigabit Ethernet on the box, will you reach almost physical line rate!
400 Please also read the netsniff-ng(8) man page, section NOTE for further
401 details about tuning your system e.g. with tuned(8).
403 If you intend to use trafgen on a 10-Gbit/s Ethernet NIC, make sure you
404 are using a multiqueue tc(8) discipline, and make sure that the packets
405 you generate with trafgen will have a good distribution among tx_hashes
406 so that you'll actually make use of multiqueues.
408 For introducing bit errors, delays with random variation and more, there
409 is no built-in option in trafgen. Rather, one should reuse existing methods
410 for that which integrate nicely with trafgen, such as tc(8) with its
411 different disciplines, i.e. netem.
413 For more complex packet configurations, it is recommended to use high-level
414 scripting for generating trafgen packet configurations in a more automated
415 way, i.e. also to create different traffic distributions that are common for
416 industrial benchmarking:
418     Traffic model              Distribution
420     IMIX                       64:7,  570:4,  1518:1
421     Tolly                      64:55,  78:5,   576:17, 1518:23
422     Cisco                      64:7,  594:4,  1518:1
423     RPR Trimodal               64:60, 512:20, 1518:20
424     RPR Quadrimodal            64:50, 512:15, 1518:15, 9218:20
426 The low-level nature of trafgen makes trafgen rather protocol independent
427 and therefore useful in many scenarios when stress testing is needed, for
428 instance. However, if a traffic generator with higher level packet
429 descriptions is desired, netsniff-ng's mausezahn(8) can be of good use as
430 well.
432 For smoke/fuzz testing with trafgen, it is recommended to have a direct
433 link between the host you want to analyze (''victim'' machine) and the host
434 you run trafgen on (''attacker'' machine). If the ICMP reply from the victim
435 fails, we assume that probably its kernel crashed, thus we print the last
436 sent packet togther with the seed and quit probing. It might be very unlikely
437 to find such a ping-of-death on modern Linux systems. However, there might
438 be a good chance to find it on some proprietary (e.g. embedded) systems or
439 buggy driver firmwares that are in the wild. Also, fuzz testing can be done
440 on raw 802.11 frames, of course. In case you find a ping-of-death, please
441 mention that you were using trafgen in your commit message of the fix!
443 .SH BUGS
444 For old trafgen versions only, there could occur kernel crashes: we have fixed
445 this bug in the mainline and stable kernels under commit 7f5c3e3a8 (''af_packet:
446 remove BUG statement in tpacket_destruct_skb'') and also in trafgen.
448 Probably the best is if you upgrade trafgen to the latest version.
450 .SH LEGAL
451 trafgen is licensed under the GNU GPL version 2.0.
453 .SH HISTORY
454 .B trafgen
455 was originally written for the netsniff-ng toolkit by Daniel Borkmann. It
456 is currently maintained by Tobias Klauser <tklauser@distanz.ch> and Daniel
457 Borkmann <dborkma@tik.ee.ethz.ch>.
459 .SH SEE ALSO
460 .BR netsniff-ng (8),
461 .BR mausezahn (8),
462 .BR ifpps (8),
463 .BR bpfc (8),
464 .BR flowtop (8),
465 .BR astraceroute (8),
466 .BR curvetun (8)
468 .SH AUTHOR
469 Manpage was written by Daniel Borkmann.
471 .SH COLOPHON
472 This page is part of the Linux netsniff-ng toolkit project. A description of the project,
473 and information about reporting bugs, can be found at http://netsniff-ng.org/.