doc: readme: give note about what tools are still experimental
[netsniff-ng.git] / trafgen.8
blobe4a4e8410b3b52d701222482f6c6875dcbf7db24
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 <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 -C, --no-cpu-stats
162 Do not print CPU time statistics on exit.
164 .SS -v, --version
165 Show version information and exit.
167 .SS -h, --help
168 Show user help and exit.
170 .SH SYNTAX
172 trafgen's packet configuration syntax is fairly simple. The very basic things
173 one needs to know is that a configuration file is a simple plain text file
174 where packets are defined. It can contain one or more packets. Packets are
175 enclosed by opening '{' and closing '}' braces, for example:
177    { /* packet 1 content goes here ... */ }
178    { /* packet 2 content goes here ... */ }
180 When trafgen is started using multiple CPUs (default), then each of those packets
181 will be scheduled for transmission on all CPUs by default. However, it is possible
182 to tell trafgen to schedule a packet only on a particular CPU:
184    cpu(1): { /* packet 1 content goes here ... */ }
185    cpu(2-3): { /* packet 2 content goes here ... */ }
187 Thus, in case we have a 4 core machine with CPU0-CPU3, packet 1 will be scheduled
188 only on CPU1, packet 2 on CPU2 and CPU3. When using trafgen with \-\-num option,
189 then these constraints will still be valid and the packet is fairly distributed
190 among those CPUs.
192 Packet content is delimited either by a comma or whitespace, or both:
194    { 0xca, 0xfe, 0xba 0xbe }
196 Packet content can be of the following:
198    hex bytes:   0xca, xff
199    decimal:     42
200    binary:      0b11110000, b11110000
201    octal:       011
202    character:   'a'
203    string:      "hello world"
204    shellcode:   "\\x31\\xdb\\x8d\\x43\\x17\\x99\\xcd\\x80\\x31\\xc9"
206 Thus, a quite useless packet packet configuration might look like this (one can
207 verify this when running this with trafgen in combination with \-V):
209    { 0xca, 42, 0b11110000, 011, 'a', "hello world",
210      "\\x31\\xdb\\x8d\\x43\\x17\\x99\\xcd\\x80\\x31\\xc9" }
212 There are a couple of helper functions in trafgen's language to make life easier
213 to write configurations:
215 i) Fill with garbage functions:
217    byte fill function:      fill(<content>, <times>): fill(0xca, 128)
218    compile-time random:     rnd(<times>): rnd(128), rnd()
219    runtime random numbers:  drnd(<times>): drnd(128), drnd()
220    compile-time counter:    seqinc(<start-val>, <increment>, <times>)
221                             seqdec(<start-val>, <decrement>, <times>)
222    runtime counter (1byte): dinc(<min-val>, <max-val>, <increment>)
223                             ddec(<min-val>, <max-val>, <decrement>)
225 ii) Checksum helper functions (packet offsets start with 0):
227    IP/ICMP checksum:        csumip/csumicmp(<off-from>, <off-to>)
228    UDP checksum:            csumudp(<off-iphdr>, <off-udpdr>)
229    TCP checksum:            csumtcp(<off-iphdr>, <off-tcphdr>)
231 iii) Multibyte functions, compile-time expression evaluation:
233    const8(<content>), c8(<content>), const16(<content>), c16(<content>),
234    const32(<content>), c32(<content>), const64(<content>), c64(<content>)
236    These functions write their result in network byte order into the packet
237 configuration, e.g. const16(0xaa) will result in ''00 aa''. Within c*()
238 functions, it is possible to do some arithmetics: -,+,*,/,%,&,|,<<,>>,^
239 E.g. const16((((1<<8)+0x32)|0b110)*2) will be evaluated to ''02 6c''.
241 Furthermore, there are two types of comments in trafgen configuration files:
243   1. Multi-line C-style comments:        /* put comment here */
244   2. Single-line Shell-style comments:   #  put comment here
246 Next to all of this, a configuration can be passed through the C preprocessor
247 before the trafgen compiler gets to see it with option \-\-cpp. To give you a
248 taste of a more advanced example, run ''trafgen \-e'', fields are commented:
250    /* Note: dynamic elements make trafgen slower! */
251    #include <stddef.h>
253    {
254      /* MAC Destination */
255      fill(0xff, ETH_ALEN),
256      /* MAC Source */
257      0x00, 0x02, 0xb3, drnd(3),
258      /* IPv4 Protocol */
259      c16(ETH_P_IP),
260      /* IPv4 Version, IHL, TOS */
261      0b01000101, 0,
262      /* IPv4 Total Len */
263      c16(59),
264      /* IPv4 Ident */
265      drnd(2),
266      /* IPv4 Flags, Frag Off */
267      0b01000000, 0,
268      /* IPv4 TTL */
269      64,
270      /* Proto TCP */
271      0x06,
272      /* IPv4 Checksum (IP header from, to) */
273      csumip(14, 33),
274      /* Source IP */
275      drnd(4),
276      /* Dest IP */
277      drnd(4),
278      /* TCP Source Port */
279      drnd(2),
280      /* TCP Dest Port */
281      c16(80),
282      /* TCP Sequence Number */
283      drnd(4),
284      /* TCP Ackn. Number */
285      c32(0),
286      /* TCP Header length + TCP SYN/ECN Flag */
287      c16((8 << 12) | TCP_FLAG_SYN | TCP_FLAG_ECE)
288      /* Window Size */
289      c16(16),
290      /* TCP Checksum (offset IP, offset TCP) */
291      csumtcp(14, 34),
292      /* TCP Options */
293      0x00, 0x00, 0x01, 0x01, 0x08, 0x0a, 0x06,
294      0x91, 0x68, 0x7d, 0x06, 0x91, 0x68, 0x6f,
295      /* Data blob */
296      "gotcha!",
297    }
299 Another real-world example by Jesper Dangaard Brouer [1]:
301    {
302      # --- ethernet header ---
303      0x00, 0x1b, 0x21, 0x3c, 0x9d, 0xf8,  # mac destination
304      0x90, 0xe2, 0xba, 0x0a, 0x56, 0xb4,  # mac source
305      const16(0x0800), # protocol
306      # --- ip header ---
307      # ipv4 version (4-bit) + ihl (4-bit), tos
308      0b01000101, 0,
309      # ipv4 total len
310      const16(40),
311      # id (note: runtime dynamic random)
312      drnd(2),
313      # ipv4 3-bit flags + 13-bit fragment offset
314      # 001 = more fragments
315      0b00100000, 0,
316      64, # ttl
317      17, # proto udp
318      # dynamic ip checksum (note: offsets are zero indexed)
319      csumip(14, 33),
320      192, 168, 51, 1, # source ip
321      192, 168, 51, 2, # dest ip
322      # --- udp header ---
323      # as this is a fragment the below stuff does not matter too much
324      const16(48054), # src port
325      const16(43514), # dst port
326      const16(20),    # udp length
327      # udp checksum can be dyn calc via csumudp(offset ip, offset tcp)
328      # which is csumudp(14, 34), but for udp its allowed to be zero
329      const16(0),
330      # payload
331      'A',  fill(0x41, 11),
332    }
334    [1] http://thread.gmane.org/gmane.linux.network/257155
336 .SH USAGE EXAMPLE
338 .SS trafgen --dev eth0 --conf trafgen.cfg
339 This is the most simple and, probably, the most common use of trafgen. It
340 will generate traffic defined in the configuration file ''trafgen.cfg'' and
341 transmit this via the ''eth0'' networking device. All online CPUs are used.
343 .SS trafgen -e | trafgen -i - -o lo --cpp -n 1
344 This is an example where we send one packet of the built-in example through
345 the loopback device. The example configuration is passed via stdin and also
346 through the C preprocessor before trafgen's packet compiler will see it.
348 .SS trafgen --dev eth0 --conf fuzzing.cfg --smoke-test 10.0.0.1
349 Read the ''fuzzing.cfg'' packet configuration file (which contains drnd()
350 calls) and send out the generated packets to the ''eth0'' device. After each
351 sent packet, ping probe the attacked host with address 10.0.0.1 to check if
352 it's still alive. This also means, that we utilize 1 CPU only, and do not
353 use the TX_RING, but sendto(2) packet I/O due to ''slow mode''.
355 .SS trafgen --dev wlan0 --rfraw --conf beacon-test.txf -V --cpus 2
356 As an output device ''wlan0'' is used and put into monitoring mode, thus we
357 are going to transmit raw 802.11 frames through the air. Use the
358 ''beacon-test.txf'' configuration file, set trafgen into verbose mode and
359 use only 2 CPUs.
361 .SS trafgen --dev em1 --conf frag_dos.cfg --rand --gap 1000
362 Use trafgen in sendto(2) mode instead of TX_RING mode and sleep after each
363 sent packet a static timegap for 1000us. Generate packets from ''frag_dos.cfg''
364 and select next packets to send randomly instead of a round-robin fashion.
365 The output device for packets is ''em1''.
367 .SS trafgen --dev eth0 --conf icmp.cfg --rand --num 1400000 -k1000
368 Send only 1400000 packets using the ''icmp.cfg'' configuration file and then
369 exit trafgen. Select packets randomly from that file for transmission and
370 send them out via ''eth0''. Also, trigger the kernel every 1000us for batching
371 the ring frames from user space (default is 10us).
373 .SS trafgen --dev eth0 --conf tcp_syn.cfg -u `id -u bob` -g `id -g bob`
374 Send out packets generated from the configuration file ''tcp_syn.cfg'' via
375 the ''eth0'' networking device. After setting up the ring for transmission,
376 drop credentials to the non-root user/group bob/bob.
378 .SH NOTE
380 trafgen can saturate a Gigabit Ethernet link without problems. As always,
381 of course, this depends on your hardware as well. Not everywhere where it
382 says Gigabit Ethernet on the box, will you reach almost physical line rate!
383 Please also read the netsniff-ng(8) man page, section NOTE for further
384 details about tuning your system e.g. with tuned(8).
386 If you intend to use trafgen on a 10-Gbit/s Ethernet NIC, make sure you
387 are using a multiqueue tc(8) discipline, and make sure that the packets
388 you generate with trafgen will have a good distribution among tx_hashes
389 so that you'll actually make use of multiqueues.
391 For introducing bit errors, delays with random variation and more, there
392 is no built-in option in trafgen. Rather, one should reuse existing methods
393 for that which integrate nicely with trafgen, such as tc(8) with its
394 different disciplines, i.e. netem.
396 For more complex packet configurations, it is recommended to use high-level
397 scripting for generating trafgen packet configurations in a more automated
398 way, i.e. also to create different traffic distributions that are common for
399 industrial benchmarking:
401     Traffic model              Distribution
403     IMIX                       64:7,  570:4,  1518:1
404     Tolly                      64:55,  78:5,   576:17, 1518:23
405     Cisco                      64:7,  594:4,  1518:1
406     RPR Trimodal               64:60, 512:20, 1518:20
407     RPR Quadrimodal            64:50, 512:15, 1518:15, 9218:20
409 The low-level nature of trafgen makes trafgen rather protocol independent
410 and therefore useful in many scenarios when stress testing is needed, for
411 instance. However, if a traffic generator with higher level packet
412 descriptions is desired, netsniff-ng's mausezahn(8) can be of good use as
413 well.
415 For smoke/fuzz testing with trafgen, it is recommended to have a direct
416 link between the host you want to analyze (''victim'' machine) and the host
417 you run trafgen on (''attacker'' machine). If the ICMP reply from the victim
418 fails, we assume that probably its kernel crashed, thus we print the last
419 sent packet togther with the seed and quit probing. It might be very unlikely
420 to find such a ping-of-death on modern Linux systems. However, there might
421 be a good chance to find it on some proprietary (e.g. embedded) systems or
422 buggy driver firmwares that are in the wild. Also, fuzz testing can be done
423 on raw 802.11 frames, of course. In case you find a ping-of-death, please
424 mention that you were using trafgen in your commit message of the fix!
426 .SH BUGS
427 For old trafgen versions only, there could occur kernel crashes: we have fixed
428 this bug in the mainline and stable kernels under commit 7f5c3e3a8 (''af_packet:
429 remove BUG statement in tpacket_destruct_skb'') and also in trafgen.
431 Probably the best is if you upgrade trafgen to the latest version.
433 .SH LEGAL
434 trafgen is licensed under the GNU GPL version 2.0.
436 .SH HISTORY
437 .B trafgen
438 was originally written for the netsniff-ng toolkit by Daniel Borkmann. It
439 is currently maintained by Tobias Klauser <tklauser@distanz.ch> and Daniel
440 Borkmann <dborkma@tik.ee.ethz.ch>.
442 .SH SEE ALSO
443 .BR netsniff-ng (8),
444 .BR mausezahn (8),
445 .BR ifpps (8),
446 .BR bpfc (8),
447 .BR flowtop (8),
448 .BR astraceroute (8),
449 .BR curvetun (8)
451 .SH AUTHOR
452 Manpage was written by Daniel Borkmann.
454 .SH COLOPHON
455 This page is part of the Linux netsniff-ng toolkit project. A description of the project,
456 and information about reporting bugs, can be found at http://netsniff-ng.org/.