trafgen: parser: Add syntax to build UDP header
[netsniff-ng.git] / trafgen.8
blobce82a5b3f4ed0b512a29a47c223fe9af96108700
1 .\" netsniff-ng - the packet sniffing beast
2 .\" Copyright 2013 Daniel Borkmann.
3 .\" Subject to the GPL, version 2.
4 .TH TRAFGEN 8 "03 March 2013" "Linux" "netsniff-ng toolkit"
5 .SH NAME
6 trafgen \- a fast, multithreaded network packet generator
7 .PP
8 .SH SYNOPSIS
9 .PP
10 \fBtrafgen\fR [\fIoptions\fR] [\fIpacket\fR]
11 .PP
12 .SH DESCRIPTION
13 .PP
14 trafgen is a fast, zero-copy network traffic generator for debugging,
15 performance evaluation, and fuzz-testing. trafgen utilizes the packet(7)
16 socket interface of Linux which postpones complete control over packet data
17 and packet headers into the user space. It has a powerful packet configuration
18 language, which is rather low-level and not limited to particular protocols.
19 Thus, trafgen can be used for many purposes. Its only limitation is that it
20 cannot mimic full streams resp. sessions. However, it is very useful for
21 various kinds of load testing in order to analyze and subsequently improve
22 systems behaviour under DoS attack scenarios, for instance.
23 .PP
24 trafgen is Linux specific, meaning there is no support for other operating
25 systems, same as netsniff-ng(8), thus we can keep the code footprint quite
26 minimal and to the point. trafgen makes use of packet(7) socket's TX_RING
27 interface of the Linux kernel, which is a mmap(2)'ed ring buffer shared between
28 user and kernel space.
29 .PP
30 By default, trafgen starts as many processes as available CPUs, pins each
31 of them to their respective CPU and sets up the ring buffer each in their own
32 process space after having compiled a list of packets to transmit. Thus, this is
33 likely the fastest one can get out of the box in terms of transmission performance
34 from user space, without having to load unsupported or non-mainline third-party
35 kernel modules. On Gigabit Ethernet, trafgen has a comparable performance to
36 pktgen, the built-in Linux kernel traffic generator, except that trafgen is more
37 flexible in terms of packet configuration possibilities. On 10-Gigabit-per-second
38 Ethernet, trafgen might be slower than pktgen due to the user/kernel space
39 overhead but still has a fairly high performance for out of the box kernels.
40 .PP
41 trafgen has the potential to do fuzz testing, meaning a packet configuration can
42 be built with random numbers on all or certain packet offsets that are freshly
43 generated each time a packet is sent out. With a built-in IPv4 ping, trafgen can
44 send out an ICMP probe after each packet injection to the remote host in order
45 to test if it is still responsive/alive. Assuming there is no answer from the
46 remote host after a certain threshold of probes, the machine is considered dead
47 and the last sent packet is printed together with the random seed that was used
48 by trafgen. You might not really get lucky fuzz-testing the Linux kernel, but
49 presumably there are buggy closed-source embedded systems or network driver's
50 firmware files that are prone to bugs, where trafgen could help in finding them.
51 .PP
52 trafgen's configuration language is quite powerful, also due to the fact, that
53 it supports C preprocessor macros. A stddef.h is being shipped with trafgen for
54 this purpose, so that well known defines from Linux kernel or network programming
55 can be reused. After a configuration file has passed the C preprocessor stage,
56 it is processed by the trafgen packet compiler. The language itself supports a
57 couple of features that are useful when assembling packets, such as built-in
58 runtime checksum support for IP, UDP and TCP. Also it has an expression evaluator
59 where arithmetic (basic operations, bit operations, bit shifting, ...) on constant
60 expressions is being reduced to a single constant on compile time. Other features
61 are ''fill'' macros, where a packet can be filled with n bytes by a constant, a
62 compile-time random number or run-time random number (as mentioned with fuzz
63 testing). Also, netsniff-ng(8) is able to convert a pcap file into a trafgen
64 configuration file, thus such a configuration can then be further tweaked for a
65 given scenario.
66 .PP
67 .SH OPTIONS
68 .PP
69 .SS -i <cfg|->, -c <cfg|i>, --in <cfg|->, --conf <cfg|->
70 Defines the input configuration file that can either be passed as a normal plain
71 text file or via stdin (''-''). Note that currently, if a configuration is
72 passed through stdin, only 1 CPU will be used.
73 .PP
74 .SS -o <dev>, -d <dev>, --out <dev>, --dev <dev>
75 Defines the outgoing networking device such as eth0, wlan0 and others.
76 .PP
77 .SS -p, --cpp
78 Pass the packet configuration to the C preprocessor before reading it into
79 trafgen. This allows #define and #include directives (e.g. to include
80 definitions from system headers) to be used in the trafgen configuration file.
81 .PP
82 .SS -D <name>=<definition>, --define <name>=<definition>
83 Add macro definition for the C preprocessor to use it within trafgen file. This
84 option is used in combination with the -p,--cpp option.
85 .PP
86 .SS -J, --jumbo-support
87 By default trafgen's ring buffer frames are of a fixed size of 2048 bytes.
88 This means that if you're expecting jumbo frames or even super jumbo frames to
89 pass your line, then you will need to enable support for that with the help of
90 this option. However, this has the disadvantage of a performance regression and
91 a bigger memory footprint for the ring buffer.
92 .PP
93 .SS -R, --rfraw
94 In case the output networking device is a wireless device, it is possible with
95 trafgen to turn this into monitor mode and create a mon<X> device that trafgen
96 will be transmitting on instead of wlan<X>, for instance. This enables trafgen
97 to inject raw 802.11 frames.
98 .PP
99 .SS -s <ipv4>, --smoke-test <ipv4>
100 In case this option is enabled, trafgen will perform a smoke test. In other
101 words, it will probe the remote end, specified by an <ipv4> address, that is
102 being ''attacked'' with trafgen network traffic, if it is still alive and
103 responsive. That means, after each transmitted packet that has been configured,
104 trafgen sends out ICMP echo requests and waits for an answer before it continues.
105 In case the remote end stays unresponsive, trafgen assumes that the machine
106 has crashed and will print out the content of the last packet as a trafgen
107 packet configuration and the random seed that has been used in order to
108 reproduce a possible bug. This might be useful when testing proprietary embedded
109 devices. It is recommended to have a direct link between the host running
110 trafgen and the host being attacked by trafgen.
112 .SS -n <0|uint>, --num <0|uint>
113 Process a number of packets and then exit. If the number of packets is 0, then
114 this is equivalent to infinite packets resp. processing until interrupted.
115 Otherwise, a number given as an unsigned integer will limit processing.
117 .SS -r, --rand
118 Randomize the packet selection of the configuration file. By default, if more
119 than one packet is defined in a packet configuration, packets are scheduled for
120 transmission in a round robin fashion. With this option, they are selected
121 randomly instread.
123 .SS -P <uint>, --cpus <uint>
124 Specify the number of processes trafgen shall fork(2) off. By default trafgen
125 will start as many processes as CPUs that are online and pin them to each,
126 respectively. Allowed value must be within interval [1,CPUs].
128 .SS -t <time>, --gap <time>
129 Specify a static inter-packet timegap in seconds, milliseconds, microseconds,
130 or nanoseconds: ''<num>s/ms/us/ns''. If no postfix is given default to
131 microseconds. If this option is given, then instead of packet(7)'s TX_RING
132 interface, trafgen will use sendto(2) I/O for network packets, even if the
133 <time> argument is 0. This option is useful for a couple of reasons: i)
134 comparison between sendto(2) and TX_RING performance, ii) low-traffic packet
135 probing for a given interval, iii) ping-like debugging with specific payload
136 patterns. Furthermore, the TX_RING interface does not cope with interpacket
137 gaps.
139 .SS -b <rate>, --rate <rate>
140 Specify the packet send rate <num>pps/B/kB/MB/GB/kbit/Mbit/Gbit/KiB/MiB/GiB units.
141 Like with the -t,--gap option, the packets are sent in slow mode.
143 .SS -S <size>, --ring-size <size>
144 Manually define the TX_RING resp. TX_RING size in ''<num>KiB/MiB/GiB''. On
145 default the size is being determined based on the network connectivity rate.
147 .SS -E <uint>, --seed <uint>
148 Manually set the seed for pseudo random number generator (PRNG) in trafgen. By
149 default, a random seed from /dev/urandom is used to feed glibc's PRNG. If that
150 fails, it falls back to the unix timestamp. It can be useful to set the seed
151 manually in order to be able to reproduce a trafgen session, e.g. after fuzz
152 testing.
154 .SS -u <uid>, --user <uid> resp. -g <gid>, --group <gid>
155 After ring setup, drop privileges to a non-root user/group combination.
157 .SS -H, --prio-high
158 Set this process as a high priority process in order to achieve a higher
159 scheduling rate resp. CPU time. This is however not the default setting, since
160 it could lead to starvation of other processes, for example low priority kernel
161 threads.
163 .SS -A, --no-sock-mem
164 Do not change systems default socket memory setting during testrun.
165 Default is to boost socket buffer memory during the test to:
167    /proc/sys/net/core/rmem_default:4194304
168    /proc/sys/net/core/wmem_default:4194304
169    /proc/sys/net/core/rmem_max:104857600
170    /proc/sys/net/core/wmem_max:104857600
172 .SS -Q, --notouch-irq
173 Do not reassign the NIC's IRQ CPU affinity settings.
175 .SS -q, --qdisc-path
176 Since Linux 3.14, the kernel supports a socket option PACKET_QDISC_BYPASS,
177 which trafgen enables by default.  This options disables the qdisc bypass,
178 and uses the normal send path through the kernel's qdisc (traffic control)
179 layer, which can be usefully for testing the qdisc path.
181 .SS -V, --verbose
182 Let trafgen be more talkative and let it print the parsed configuration and
183 some ring buffer statistics.
185 .SS -e, --example
186 Show a built-in packet configuration example. This might be a good starting
187 point for an initial packet configuration scenario.
189 .SS -C, --no-cpu-stats
190 Do not print CPU time statistics on exit.
192 .SS -v, --version
193 Show version information and exit.
195 .SS -h, --help
196 Show user help and exit.
198 .SH SYNTAX
200 trafgen's packet configuration syntax is fairly simple. The very basic things
201 one needs to know is that a configuration file is a simple plain text file
202 where packets are defined. It can contain one or more packets. Packets are
203 enclosed by opening '{' and closing '}' braces, for example:
205    { /* packet 1 content goes here ... */ }
206    { /* packet 2 content goes here ... */ }
208 Alternatively, packets can also be specified directly on the command line, using
209 the same syntax as used in the configuration files.
211 When trafgen is started using multiple CPUs (default), then each of those packets
212 will be scheduled for transmission on all CPUs by default. However, it is possible
213 to tell trafgen to schedule a packet only on a particular CPU:
215    cpu(1): { /* packet 1 content goes here ... */ }
216    cpu(2-3): { /* packet 2 content goes here ... */ }
218 Thus, in case we have a 4 core machine with CPU0-CPU3, packet 1 will be scheduled
219 only on CPU1, packet 2 on CPU2 and CPU3. When using trafgen with \-\-num option,
220 then these constraints will still be valid and the packet is fairly distributed
221 among those CPUs.
223 Packet content is delimited either by a comma or whitespace, or both:
225    { 0xca, 0xfe, 0xba 0xbe }
227 Packet content can be of the following:
229    hex bytes:   0xca, xff
230    decimal:     42
231    binary:      0b11110000, b11110000
232    octal:       011
233    character:   'a'
234    string:      "hello world"
235    shellcode:   "\\x31\\xdb\\x8d\\x43\\x17\\x99\\xcd\\x80\\x31\\xc9"
237 Thus, a quite useless packet packet configuration might look like this (one can
238 verify this when running this with trafgen in combination with \-V):
240    { 0xca, 42, 0b11110000, 011, 'a', "hello world",
241      "\\x31\\xdb\\x8d\\x43\\x17\\x99\\xcd\\x80\\x31\\xc9" }
243 There are a couple of helper functions in trafgen's language to make life easier
244 to write configurations:
246 i) Fill with garbage functions:
248    byte fill function:      fill(<content>, <times>): fill(0xca, 128)
249    compile-time random:     rnd(<times>): rnd(128), rnd()
250    runtime random numbers:  drnd(<times>): drnd(128), drnd()
251    compile-time counter:    seqinc(<start-val>, <increment>, <times>)
252                             seqdec(<start-val>, <decrement>, <times>)
253    runtime counter (1byte): dinc(<min-val>, <max-val>, <increment>)
254                             ddec(<min-val>, <max-val>, <decrement>)
256 ii) Checksum helper functions (packet offsets start with 0):
258    IP/ICMP checksum:        csumip/csumicmp(<off-from>, <off-to>)
259    UDP checksum:            csumudp(<off-iphdr>, <off-udpdr>)
260    TCP checksum:            csumtcp(<off-iphdr>, <off-tcphdr>)
261    UDP checksum (IPv6):     csumudp6(<off-ip6hdr>, <off-udpdr>)
262    TCP checksum (IPv6):     csumtcp6(<off-ip6hdr>, <off-tcphdr>)
264 iii) Multibyte functions, compile-time expression evaluation:
266    const8(<content>), c8(<content>), const16(<content>), c16(<content>),
267    const32(<content>), c32(<content>), const64(<content>), c64(<content>)
269    These functions write their result in network byte order into the packet
270 configuration, e.g. const16(0xaa) will result in ''00 aa''. Within c*()
271 functions, it is possible to do some arithmetics: -,+,*,/,%,&,|,<<,>>,^
272 E.g. const16((((1<<8)+0x32)|0b110)*2) will be evaluated to ''02 6c''.
274 Furthermore, there are two types of comments in trafgen configuration files:
276   1. Multi-line C-style comments:        /* put comment here */
277   2. Single-line Shell-style comments:   #  put comment here
279 Next to all of this, a configuration can be passed through the C preprocessor
280 before the trafgen compiler gets to see it with option \-\-cpp. To give you a
281 taste of a more advanced example, run ''trafgen \-e'', fields are commented:
283    /* Note: dynamic elements make trafgen slower! */
284    #include <stddef.h>
286    {
287      /* MAC Destination */
288      fill(0xff, ETH_ALEN),
289      /* MAC Source */
290      0x00, 0x02, 0xb3, drnd(3),
291      /* IPv4 Protocol */
292      c16(ETH_P_IP),
293      /* IPv4 Version, IHL, TOS */
294      0b01000101, 0,
295      /* IPv4 Total Len */
296      c16(59),
297      /* IPv4 Ident */
298      drnd(2),
299      /* IPv4 Flags, Frag Off */
300      0b01000000, 0,
301      /* IPv4 TTL */
302      64,
303      /* Proto TCP */
304      0x06,
305      /* IPv4 Checksum (IP header from, to) */
306      csumip(14, 33),
307      /* Source IP */
308      drnd(4),
309      /* Dest IP */
310      drnd(4),
311      /* TCP Source Port */
312      drnd(2),
313      /* TCP Dest Port */
314      c16(80),
315      /* TCP Sequence Number */
316      drnd(4),
317      /* TCP Ackn. Number */
318      c32(0),
319      /* TCP Header length + TCP SYN/ECN Flag */
320      c16((8 << 12) | TCP_FLAG_SYN | TCP_FLAG_ECE)
321      /* Window Size */
322      c16(16),
323      /* TCP Checksum (offset IP, offset TCP) */
324      csumtcp(14, 34),
325      /* TCP Options */
326      0x00, 0x00, 0x01, 0x01, 0x08, 0x0a, 0x06,
327      0x91, 0x68, 0x7d, 0x06, 0x91, 0x68, 0x6f,
328      /* Data blob */
329      "gotcha!",
330    }
332 Another real-world example by Jesper Dangaard Brouer [1]:
334    {
335      # --- ethernet header ---
336      0x00, 0x1b, 0x21, 0x3c, 0x9d, 0xf8,  # mac destination
337      0x90, 0xe2, 0xba, 0x0a, 0x56, 0xb4,  # mac source
338      const16(0x0800), # protocol
339      # --- ip header ---
340      # ipv4 version (4-bit) + ihl (4-bit), tos
341      0b01000101, 0,
342      # ipv4 total len
343      const16(40),
344      # id (note: runtime dynamic random)
345      drnd(2),
346      # ipv4 3-bit flags + 13-bit fragment offset
347      # 001 = more fragments
348      0b00100000, 0,
349      64, # ttl
350      17, # proto udp
351      # dynamic ip checksum (note: offsets are zero indexed)
352      csumip(14, 33),
353      192, 168, 51, 1, # source ip
354      192, 168, 51, 2, # dest ip
355      # --- udp header ---
356      # as this is a fragment the below stuff does not matter too much
357      const16(48054), # src port
358      const16(43514), # dst port
359      const16(20),    # udp length
360      # udp checksum can be dyn calc via csumudp(offset ip, offset tcp)
361      # which is csumudp(14, 34), but for udp its allowed to be zero
362      const16(0),
363      # payload
364      'A',  fill(0x41, 11),
365    }
367    [1] http://thread.gmane.org/gmane.linux.network/257155
369 .SH USAGE EXAMPLE
371 .SS trafgen --dev eth0 --conf trafgen.cfg
372 This is the most simple and, probably, the most common use of trafgen. It
373 will generate traffic defined in the configuration file ''trafgen.cfg'' and
374 transmit this via the ''eth0'' networking device. All online CPUs are used.
376 .SS trafgen -e | trafgen -i - -o lo --cpp -n 1
377 This is an example where we send one packet of the built-in example through
378 the loopback device. The example configuration is passed via stdin and also
379 through the C preprocessor before trafgen's packet compiler will see it.
381 .SS trafgen --dev eth0 --conf fuzzing.cfg --smoke-test 10.0.0.1
382 Read the ''fuzzing.cfg'' packet configuration file (which contains drnd()
383 calls) and send out the generated packets to the ''eth0'' device. After each
384 sent packet, ping probe the attacked host with address 10.0.0.1 to check if
385 it's still alive. This also means, that we utilize 1 CPU only, and do not
386 use the TX_RING, but sendto(2) packet I/O due to ''slow mode''.
388 .SS trafgen --dev wlan0 --rfraw --conf beacon-test.txf -V --cpus 2
389 As an output device ''wlan0'' is used and put into monitoring mode, thus we
390 are going to transmit raw 802.11 frames through the air. Use the
391  ''beacon-test.txf'' configuration file, set trafgen into verbose mode and
392 use only 2 CPUs.
394 .SS trafgen --dev em1 --conf frag_dos.cfg --rand --gap 1000us
395 Use trafgen in sendto(2) mode instead of TX_RING mode and sleep after each
396 sent packet a static timegap for 1000us. Generate packets from ''frag_dos.cfg''
397 and select next packets to send randomly instead of a round-robin fashion.
398 The output device for packets is ''em1''.
400 .SS trafgen --dev eth0 --conf icmp.cfg --rand --num 1400000 -k1000
401 Send only 1400000 packets using the ''icmp.cfg'' configuration file and then
402 exit trafgen. Select packets randomly from that file for transmission and
403 send them out via ''eth0''. Also, trigger the kernel every 1000us for batching
404 the ring frames from user space (default is 10us).
406 .SS trafgen --dev eth0 --conf tcp_syn.cfg -u `id -u bob` -g `id -g bob`
407 Send out packets generated from the configuration file ''tcp_syn.cfg'' via
408 the ''eth0'' networking device. After setting up the ring for transmission,
409 drop credentials to the non-root user/group bob/bob.
411 .SS trafgen --dev eth0 '{ fill(0xff, 6), 0x00, 0x02, 0xb3, rnd(3), c16(0x0800), fill(0xca, 64) }' -n 1
412 Send out 1 invaid IPv4 packet built from command line to all hosts.
414 .SH NOTE
416 trafgen can saturate a Gigabit Ethernet link without problems. As always,
417 of course, this depends on your hardware as well. Not everywhere where it
418 says Gigabit Ethernet on the box, will you reach almost physical line rate!
419 Please also read the netsniff-ng(8) man page, section NOTE for further
420 details about tuning your system e.g. with tuned(8).
422 If you intend to use trafgen on a 10-Gbit/s Ethernet NIC, make sure you
423 are using a multiqueue tc(8) discipline, and make sure that the packets
424 you generate with trafgen will have a good distribution among tx_hashes
425 so that you'll actually make use of multiqueues.
427 For introducing bit errors, delays with random variation and more, there
428 is no built-in option in trafgen. Rather, one should reuse existing methods
429 for that which integrate nicely with trafgen, such as tc(8) with its
430 different disciplines, i.e. netem.
432 For more complex packet configurations, it is recommended to use high-level
433 scripting for generating trafgen packet configurations in a more automated
434 way, i.e. also to create different traffic distributions that are common for
435 industrial benchmarking:
437     Traffic model              Distribution
439     IMIX                       64:7,  570:4,  1518:1
440     Tolly                      64:55,  78:5,   576:17, 1518:23
441     Cisco                      64:7,  594:4,  1518:1
442     RPR Trimodal               64:60, 512:20, 1518:20
443     RPR Quadrimodal            64:50, 512:15, 1518:15, 9218:20
445 The low-level nature of trafgen makes trafgen rather protocol independent
446 and therefore useful in many scenarios when stress testing is needed, for
447 instance. However, if a traffic generator with higher level packet
448 descriptions is desired, netsniff-ng's mausezahn(8) can be of good use as
449 well.
451 For smoke/fuzz testing with trafgen, it is recommended to have a direct
452 link between the host you want to analyze (''victim'' machine) and the host
453 you run trafgen on (''attacker'' machine). If the ICMP reply from the victim
454 fails, we assume that probably its kernel crashed, thus we print the last
455 sent packet together with the seed and quit probing. It might be very unlikely
456 to find such a ping-of-death on modern Linux systems. However, there might
457 be a good chance to find it on some proprietary (e.g. embedded) systems or
458 buggy driver firmwares that are in the wild. Also, fuzz testing can be done
459 on raw 802.11 frames, of course. In case you find a ping-of-death, please
460 mention that you were using trafgen in your commit message of the fix!
462 .SH BUGS
463 For old trafgen versions only, there could occur kernel crashes: we have fixed
464 this bug in the mainline and stable kernels under commit 7f5c3e3a8 (''af_packet:
465 remove BUG statement in tpacket_destruct_skb'') and also in trafgen.
467 Probably the best is if you upgrade trafgen to the latest version.
469 .SH LEGAL
470 trafgen is licensed under the GNU GPL version 2.0.
472 .SH HISTORY
473 .B trafgen
474 was originally written for the netsniff-ng toolkit by Daniel Borkmann. It
475 is currently maintained by Tobias Klauser <tklauser@distanz.ch> and Daniel
476 Borkmann <dborkma@tik.ee.ethz.ch>.
478 .SH SEE ALSO
479 .BR netsniff-ng (8),
480 .BR mausezahn (8),
481 .BR ifpps (8),
482 .BR bpfc (8),
483 .BR flowtop (8),
484 .BR astraceroute (8),
485 .BR curvetun (8)
487 .SH AUTHOR
488 Manpage was written by Daniel Borkmann.
490 .SH COLOPHON
491 This page is part of the Linux netsniff-ng toolkit project. A description of the project,
492 and information about reporting bugs, can be found at http://netsniff-ng.org/.