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PACKET(7) Manuel du programmeur Linux PACKET(7)

NOM

packet – Interface de paquets au niveau du périphérique

SYNOPSIS

#include <sys/socket.h>
#include <linux/if_packet.h>
#include <net/ethernet.h> /* Les protocoles L2 */
packet_socket = socket(AF_PACKET, int type_socket, int protocole);

DESCRIPTION

Les sockets packet sont utilisés pour envoyer ou recevoir des paquets bruts au pilote de périphérique (couche 2 OSI). Ils permettent d'implémenter des modules de protocole dans l'espace utilisateur au-dessus de la couche physique.

L'argument type_socket est soit SOCK_RAW pour les paquets bruts incluant l'en-tête de couche liaison, soit SOCK_DGRAM pour les paquets préparés sans en-tête de couche liaison. Les informations d’en-tête de couche liaison sont disponibles dans un format commun, par l'intermédiaire d'une structure sockaddr_ll. protocole est un numéro de protocole IEEE 802.3 dans l'ordre des octets du réseau. Consultez le fichier d'en-tête <linux/if_ether.h> pour avoir une liste des protocoles autorisés. Lorsque le protocole demandé est htons(ETH_P_ALL), alors tous les protocoles sont reçus. Tous les paquets entrants du protocole indiqué seront passés au socket packet avant d'être transmis aux protocoles implémentés dans le noyau.

Pour pouvoir créer des sockets packet, un processus doit posséder la capacité CAP_NET_RAW dans l’espace de noms utilisateur qui régit son espace de noms réseau.

Les paquets SOCK_RAW sont transmis depuis et vers le pilote de périphérique sans aucune modification des données des paquets. Lors de la réception d’un paquet, l'adresse est toujours examinée et fournie dans une structure standard d’adresse sockaddr_ll. Lors de l'émission d'un paquet, le tampon fourni par l'utilisateur doit contenir l'en-tête de couche physique. Le paquet est alors mis en attente sans modification à l'attention du pilote de périphérique correspondant à l'interface définie par l'adresse de destination. Certains pilotes de périphérique ajoutent toujours d'autres en-têtes. SOCK_RAW est similaire mais non compatible avec l'ancien AF_INET/SOCK_PACKET de Linux 2.0.

SOCK_DGRAM opère à un niveau légèrement plus élevé. L'en-tête de couche physique est supprimé avant que le paquet ne soit transmis à l'utilisateur. Les paquets envoyés par un socket packet SOCK_DGRAM reçoivent un en-tête de couche physique correct basé sur les informations dans l'adresse destination sockaddr_ll avant d'être mis en attente.

Par défaut, tous les paquets du type de protocole indiqué sont passés au socket packet. Pour ne recevoir que les paquets d'une interface donnée, utilisez bind(2) en indiquant une adresse dans une struct sockaddr_ll pour attacher le socket à une interface. Les champs utilisés pour la liaison sont sll_family (devrait être AF_PACKET), sll_protocol et sll_ifindex.

L'opération connect(2) n'est pas prise en charge sur les sockets packet.

Lorsque l'attribut MSG_TRUNC est transmis à recvmsg(2), recv(2) ou recvfrom(2), la véritable longueur du paquet sur le réseau est toujours renvoyée, même si elle est plus grande que le tampon.

Types d’adresses

La structure sockaddr_ll est une adresse de couche physique indépendante du périphérique.


struct sockaddr_ll {

unsigned short sll_family; /* Toujours AF_PACKET */
unsigned short sll_protocol; /* Protocole couche physique */
int sll_ifindex; /* Numéro d'interface */
unsigned short sll_hatype; /* Type de matériel ARP */
unsigned char sll_pkttype; /* Type de paquet */
unsigned char sll_halen; /* Longueur de l'adresse */
unsigned char sll_addr[8]; /* Adresse couche physique */ };

Les champs de cette structure sont les suivants :

sll_protocol est le type normalisé du protocole Ethernet dans l’ordre des octets du réseau tel que défini dans le fichier d’en-tête <linux/if_ether.h>. C’est par défaut le protocole du socket.
sll_ifindex est le numéro d’interface (consultez netdevice(7)). 0 correspond à n’importe quelle interface (autorisée uniquement pour la liaison). sll_hatype est un type ARP tel que défini dans le fichier d’en-tête <linux/if_arp.h>.
Le champ sll_pkttype contient le type de paquet. Les types valables sont PACKET_HOST pour un paquet destiné à l'hôte local, PACKET_BROADCAST pour un paquet broadcast de couche physique, PACKET_MULTICAST pour un paquet envoyé à une adresse multicast de couche physique, PACKET_OTHERHOST pour un paquet destiné à un autre hôte capturé par un pilote de périphérique en mode promiscuous et PACKET_OUTGOING pour un paquet provenant de l'hôte local rebouclé sur un socket packet. Cela n'a de signification qu'en réception.
sll_addr et sll_halen contiennent l'adresse de couche physique (par exemple IEEE 802.3) et sa longueur. L'interprétation exacte dépend du périphérique.

Lorsque des paquets sont envoyés, il suffit d'indiquer sll_family, sll_addr, sll_halen, sll_ifindex et sll_protocol. Les autres champs devraient être à zéro. sll_hatype et sll_pkttype sont remplis en réception pour information.

Options de socket

Les options du socket packet sont configurées en appelant setsockopt(2) avec le niveau SOL_PACKET.

Les options des sockets packet permettent de configurer le multicasting de couche physique et le mode promiscuous. PACKET_ADD_MEMBERSHIP ajoute une liaison et PACKET_DROP_MEMBERSHIP la supprime. Les deux options attendent une structure packet_mreq en paramètre :

struct packet_mreq {

int mr_ifindex; /* Numéro d'interface */
unsigned short mr_type; /* Action */
unsigned short mr_alen; /* Longueur d'adresse */
unsigned char mr_address[8]; /* Adresse couche physique */ };

mr_ifindex contient le numéro de l'interface dont l'état doit être modifié. Le champ mr_type indique l'action à effectuer. PACKET_MR_PROMISC valide la réception de tous les paquets circulant sur le segment de réseau commun (souvent appelé « mode promiscuous »), PACKET_MR_MULTICAST attache le socket au groupe multicast de couche physique indiqué dans mr_address et mr_alen, et PACKET_MR_ALLMULTI demande au socket de recevoir tous les paquets multicast arrivant sur l'interface.
De plus, les ioctls classiques SIOCSIFFLAGS, SIOCADDMULTI et SIOCDELMULTI peuvent parvenir au même résultat.
Si cette option est activée, le socket packet fournit avec chaque paquet une structure de métadonnées à l’aide du champ de contrôle de recvmsg(2). La structure peut être lue avec cmsg(3). Elle est définie ci-dessous :

struct tpacket_auxdata {

__u32 tp_status;
__u32 tp_len; /* Longueur du paquet */
__u32 tp_snaplen; /* Longueur capturée */
__u16 tp_mac;
__u16 tp_net;
__u16 tp_vlan_tci;
__u16 tp_vlan_tpid; /* Depuis Linux 3.14 ; précédemment
c’était des octets de remplissage
non utilisés */ };

Pour s’adapter au nombre de traitements des threads, les sockets packet peuvent former un groupe de déploiement. Dans ce mode, tous les paquets correspondants sont mis en attente dans un seul socket du groupe. Un socket rejoint un groupe de déploiement en appelant setsockopt(2) avec le niveau SOL_PACKET et l’option PACKET_FANOUT. Tous les espaces de noms réseau peuvent avoir jusqu’à 65536 groupes indépendants. Un socket sélectionne un groupe en encodant l’identifiant dans les 16 premiers bits de la valeur d’entier de cette option. Le premier socket packet à rejoindre un groupe le crée implicitement. Pour réussir à rejoindre un groupe existant, les sockets packet suivants doivent avoir le même protocole, la même configuration de périphérique, le même mode de déploiement et les mêmes attributs (voir ci-dessous). Les sockets packet ne peuvent quitter un groupe de déploiement qu’en fermant le socket. Le groupe est supprimé quand le dernier socket est fermé.
Le déploiement gère plusieurs algorithmes pour répartir le trafic entre les sockets comme suit :
Le mode par défaut, PACKET_FANOUT_HASH, envoie les paquets du même flux au même socket pour maintenir l’ordre par flux. Pour chaque paquet, il choisit un socket en prenant le hachage du flux de paquets modulo le nombre de sockets dans le groupe, où le hachage du flux est un hachage sur les adresses de la couche réseau et les champs facultatifs de port de la couche transport.
Le mode répartition de charge PACKET_FANOUT_LB met en œuvre un algorithme de tourniquet (round-robin).
PACKET_FANOUT_CPU sélectionne le socket en se basant sur le CPU sur lequel le paquet arrive.
PACKET_FANOUT_ROLLOVER traite toutes les données sur un seul socket, allant sur le suivant quand le socket devient débordé.
PACKET_FANOUT_RND sélectionne le socket en utilisant un générateur de nombres pseudo-aléatoires.
PACKET_FANOUT_QM (disponible depuis Linux 3.14) sélectionne le socket en utilisant le queue_mapping enregistré du tampon de socket (SKB) reçu.
Les modes de déploiement acceptent des options supplémentaires. La fragmentation d’IP force les paquets du même flux à avoir des hachages de flux différents. L’attribut PACKET_FANOUT_FLAG_DEFRAG, si défini, force la défragmentation de paquets avant l’application du déploiement, pour conserver l’ordre même dans ce cas. Le mode de déploiement et les options sont communiqués sur les deuxièmes 16 bits de la valeur d’entier de cette option. L’attribut PACKET_FANOUT_FLAG_ROLLOVER active le mécanisme de déplacement comme une stratégie de sauvegarde : si l’algorithme de déploiement originel sélectionne un socket débordé, le paquet se déplace vers le suivant disponible.
Lorsqu'un paquet malformé est trouvé dans le tampon circulaire de transmission, le comportement par défaut est de réinitialiser son tp_status à TP_STATUS_WRONG_FORMAT et d'abandonner immédiatement la transmission. Le paquet malformé ainsi que les paquets suivants mis en file d'attente voient leur transmission bloquée. L'erreur de format doit être corrigée, la valeur tp_status associée doit être réinitialisée à TP_STATUS_SEND_REQUEST et le processus de transmission redémarré par l'intermédiaire de l'interface send(2). Cependant, si PACKET_LOSS est défini, tout paquet malformé est ignoré, son tp_status est réinitialisé à TP_STATUS_AVAILABLE et le processus de transmission continue.
Par défaut, un tampon circulaire de réception des paquets écrit les paquets juste après la structure de métadonnées et le remplissage d'alignement. La valeur d’entier de cette option réserve une possibilité de transmission supplémentaire.
Créer un tampon circulaire projeté en mémoire pour la réception asynchrone de paquets. Le socket packet réserve une zone contiguë d’espace d’adresse d’application, la dispose dans un tableau d’emplacements de paquet et copie les paquets (jusqu’à tp_snaplen) dans les emplacements suivants. Tous les paquets sont précédés d’une structure de métadonnées similaire à tpacket_auxdata. Les champs de protocole encodent la position des données dès le début de l’en-tête de métadonnées. tp_net stocke la position de la couche réseau. Si le socket packet est de type SOCK_DGRAM, alors tp_mac est la même. S’il est de type SOCK_RAW, alors ce champ stocke la position de la trame de couche liaison. Le socket packet et l’application communiquent le début et la fin du tampon circulaire à l’aide du champ tp_status. Tous les emplacements avec tp_status valant TP_STATUS_KERNEL appartiennent au socket packet. Après avoir rempli un emplacement, il modifie l’état de l’emplacement pour qu’il appartienne à l’application. Lors d’une opération normale, la nouvelle valeur de tp_status a au moins son bit TP_STATUS_USER activé, pour signaler qu’un paquet reçu a été stocké. Lorsque l’application a terminé de traiter un paquet, elle transfère la propriété de l’emplacement au socket en redéfinissant tp_status à TP_STATUS_KERNEL.
Les sockets packet mettent en œuvre plusieurs variantes du tampon circulaire de paquets. Des précisions sur cette mise en place sont disponibles dans Documentation/networking/packet_mmap.rst dans l'arborescence des sources du noyau Linux.
Récupérer les statistiques du socket packet sous la forme d'une structure

struct tpacket_stats {

unsigned int tp_packets; /* Décompte total des paquets */
unsigned int tp_drops; /* Décompte des paquets jetés */ };

Recevoir les statistiques réinitialise les compteurs internes. La structure de statistiques est différente lorsque le tampon circulaire utilisé est de type TPACKET_V3.
Le tampon circulaire de réception des paquets stocke un horodatage dans l’en-tête de métadonnées. Par défaut, c’est un horodatage logiciel généré quand le paquet est copié dans le tampon circulaire. Cette option d’entier sélectionne le type d’horodatage. En plus du fonctionnement par défaut, il gère deux formats matériels décrits dans Documentation/networking/timestamping.rst dans l'arborescence des sources du noyau Linux.
Créer un tampon circulaire projeté en mémoire pour la transmission de paquets. Cette option est similaire à PACKET_RX_RING et accepte les mêmes arguments. L’application écrit des paquets dans des emplacements avec tp_status égal à TP_STATUS_AVAILABLE et les programme pour transmission en modifiant tp_status à la valeur TP_STATUS_SEND_REQUEST. Quand les paquets sont prêts à être transmis, l’application appelle send(2) ou une de ses variantes. Les champs buf et len de cet appel sont ignorés. Si une adresse est passée en utilisant sendto(2) ou sendmsg(2), alors cela écrase le socket par défaut. En cas de transmission réussie, le socket réinitialise tp_status à TP_STATUS_AVAILABLE. Il interrompt immédiatement la transmission en cas d’erreur sauf si PACKET_LOSS est définie.
Par défaut, PACKET_RX_RING crée un tampon circulaire de réception des paquets de variante TPACKET_V1. Pour créer une autre variante, configurer la variante voulue en définissant l’option d’entier avant de créer le tampon circulaire.
Par défaut, les paquets envoyés par un socket packet passent par la couche qdisc du noyau, dédiée au contrôle de trafic, ce qui répond bien à la majorité des cas d'utilisation. Les équipements de génération de trafic qui utilisent des sockets packet pour inonder par force brute le réseau — par exemple pour tester des appareils en charge comme le fait pktgen — peuvent contourner cette couche de contrôle en définissant cette option à 1. Un effet secondaire est l'absence de mise en mémoire tampon des paquets par la couche qdisc, ce qui peut provoquer des pertes de paquets lorsque les files de transmission du périphérique réseau sont pleines. L'utilisation de cette option est à vos risques et périls.

Ioctls

SIOCGSTAMP peut servir à obtenir l'horodatage du dernier paquet reçu. Le paramètre est une variable struct timeval.

De plus, les ioctls standards définis dans netdevice(7) et socket(7) sont valables sur les sockets packet.

Traitement des erreurs

Les sockets packet ne gèrent pas d'autres erreurs que celles se produisant durant la transmission des paquets au pilote de périphérique. Elles ne traitent pas le concept de file d'erreurs.

ERREURS

Adresse de groupe multicast inconnue.
Adresse mémoire incorrecte.
Argument incorrect.
Le paquet est plus grand que le MTU de l'interface.
L'interface n'est pas active.
Pas assez de mémoire pour le paquet.
Le nom du périphérique ou le numéro d’interface indiqué dans l'adresse de l'interface est inconnu.
Pas de paquet reçu.
Aucune adresse d'interface n'a été passée.
Numéro d'interface non valable dans son adresse.
L'utilisateur n'a pas les privilèges nécessaires pour l'opération.

De plus, d'autres erreurs peuvent être engendrées par le pilote bas niveau.

VERSIONS

AF_PACKET est une nouveauté de Linux 2.2. Les versions précédentes de Linux ne prenaient en charge que SOCK_PACKET.

NOTES

Pour la portabilité, il est conseillé d'utiliser les fonctionnalités AF_PACKET par l'intermédiaire de l'interface pcap(3), bien que cela ne couvre qu'un sous-ensemble des possibilités de AF_PACKET.

Les sockets packet SOCK_DGRAM n'essayent pas de créer ou de traiter les en-têtes IEEE 802.2 LLC pour une trame IEEE 802.3. Lorsque le protocole ETH_P_802_3 est indiqué en émission, le noyau crée la trame 802.3 et remplit le champ de longueur. L'utilisateur doit fournir l'en-tête LLC pour obtenir un paquet entièrement conforme. Les paquets 802.3 entrants ne sont pas multiplexés sur les champs du protocole DSAP/SSAP. À la place, ils sont fournis à l'utilisateur sous le protocole ETH_P_802_2 avec un en-tête LLC ajouté. La liaison ETH_P_802_3 n’est donc pas possible, la liaison ETH_P_802_2 doit être utilisée à la place, et vous devez réaliser le multiplexage de protocoles vous-même. Le comportement par défaut en émission est l’encapsulation Ethernet DIX standard, avec le protocole renseigné.

Les sockets packet ne sont pas soumis aux chaînes de pare-feu en entrée ou sortie.

Compatibilité

Avec Linux 2.0, la seule façon d’obtenir un socket paquet était avec l’appel :


socket(AF_INET, SOCK_PACKET, protocole)

C’est encore pris en charge mais obsolète et fortement déconseillé. La principale différence entre les deux méthodes est que SOCK_PACKET utilise l'ancienne struct sockaddr_pkt pour indiquer l'interface, ce qui ne fournit aucune indépendance vis-à-vis de la couche physique.


struct sockaddr_pkt {

unsigned short spkt_family;
unsigned char spkt_device[14];
unsigned short spkt_protocol; };

spkt_family contient le type de périphérique, spkt_protocol est le type de protocole IEEE 802.3 comme défini dans <sys/if_ether.h> et spkt_device est le nom du périphérique sous forme de chaîne terminée par un octet NULL, par exemple eth0.

Cette structure est obsolète et ne doit pas être employée dans des nouveaux programmes.

BOGUES

La gestion des en-têtes LLC IEEE 802.2/802.3 devrait être considérée comme un bogue.

Les filtres des sockets ne sont pas documentés.

L'extension MSG_TRUNC de recvmsg(2) est une bidouille horrible et devrait être remplacée par un message de contrôle. Il n'y a actuellement aucun moyen d'obtenir l'adresse de destination originelle des paquets à l’aide de SOCK_DGRAM.

VOIR AUSSI

socket(2), pcap(3), capabilities(7), ip(7), raw(7), socket(7)

RFC 894 pour l'encapsulation IP Ethernet standard. RFC 1700 pour l'encapsulation IP IEEE 802.3.

Le fichier d'en-tête <linux/if_ether.h> pour les protocoles de couche physique.

L'arbre des sources du noyau Linux. /Documentation/networking/filter.rst décrit comment appliquer des filtres Berkeley de paquets aux sockets packet. /tools/testing/selftests/net/psock_tpacket.c contient un exemple de code source pour toutes les versions de PACKET_RX_RING et PACKET_TX_RING.

COLOPHON

Cette page fait partie de la publication 5.10 du projet man-pages Linux. Une description du projet et des instructions pour signaler des anomalies et la dernière version de cette page peuvent être trouvées à l'adresse https://www.kernel.org/doc/man-pages/.

TRADUCTION

La traduction française de cette page de manuel a été créée par Christophe Blaess <https://www.blaess.fr/christophe/>, Stéphan Rafin <stephan.rafin@laposte.net>, Thierry Vignaud <tvignaud@mandriva.com>, François Micaux, Alain Portal <aportal@univ-montp2.fr>, Jean-Philippe Guérard <fevrier@tigreraye.org>, Jean-Luc Coulon (f5ibh) <jean-luc.coulon@wanadoo.fr>, Julien Cristau <jcristau@debian.org>, Thomas Huriaux <thomas.huriaux@gmail.com>, Nicolas François <nicolas.francois@centraliens.net>, Florentin Duneau <fduneau@gmail.com>, Simon Paillard <simon.paillard@resel.enst-bretagne.fr>, Denis Barbier <barbier@debian.org>, David Prévot <david@tilapin.org> et Jean-Paul Guillonneau <guillonneau.jeanpaul@free.fr>

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21 décembre 2020 Linux