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 membres de cette structure sont les suivants :

sll_protocol

is the standard ethernet protocol type in network byte order as defined in the <linux/if_ether.h> include file. It defaults to the socket's protocol.

sll_ifindex

is the interface index of the interface (see netdevice(7)); 0 matches any interface (only permitted for binding). sll_hatype is an ARP type as defined in the <linux/if_arp.h> include file.

sll_pkttype

contains the packet type. Valid types are PACKET_HOST for a packet addressed to the local host, PACKET_BROADCAST for a physical-layer broadcast packet, PACKET_MULTICAST for a packet sent to a physical-layer multicast address, PACKET_OTHERHOST for a packet to some other host that has been caught by a device driver in promiscuous mode, and PACKET_OUTGOING for a packet originating from the local host that is looped back to a packet socket. These types make sense only for receiving.

sll_addr

sll_halen

contain the physical-layer (e.g., IEEE 802.3) address and its length. The exact interpretation depends on the device.

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.

PACKET_ADD_MEMBERSHIP

PACKET_DROP_MEMBERSHIP

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.

PACKET_AUXDATA (depuis Linux 2.6.21)

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 */
};
    

PACKET_FANOUT (depuis Linux 3.1)

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 :

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.

PACKET_LOSS (avec PACKET_TX_RING)

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.

PACKET_RESERVE (avec PACKET_RX_RING)

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.

PACKET_RX_RING

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.

PACKET_STATISTICS

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.

PACKET_TIMESTAMP (avec PACKET_RX_RING ; depuis Linux 2.6.36)

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.

PACKET_TX_RING (depuis Linux 2.6.31)

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.

PACKET_VERSION (avec PACKET_RX_RING ; depuis Linux 2.6.27)

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.

PACKET_QDISC_BYPASS (depuis Linux 3.14)

By default, packets sent through packet sockets pass through the kernel's qdisc (traffic control) layer, which is fine for the vast majority of use cases. For traffic generator appliances using packet sockets that intend to brute-force flood the network—for example, to test devices under load in a similar fashion to pktgen—this layer can be bypassed by setting this integer option to 1. A side effect is that packet buffering in the qdisc layer is avoided, which will lead to increased drops when network device transmit queues are busy; therefore, use at your own risk.

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.

Compatibilité

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

socket(AF_INET, SOCK_PACKET, protocol)

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.

LLC header handling

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

MSG_TRUNC issues

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.

spkt_device device name truncation

The spkt_device field of sockaddr_pkt has a size of 14 bytes, which is less than the constant IFNAMSIZ defined in <net/if.h> which is 16 bytes and describes the system limit for a network interface name. This means the names of network devices longer than 14 bytes will be truncated to fit into spkt_device. All these lengths include the terminating null byte ('\0')).

Issues from this with old code typically show up with very long interface names used by the Predictable Network Interface Names feature enabled by default in many modern Linux distributions.

The preferred solution is to rewrite code to avoid SOCK_PACKET. Possible user solutions are to disable Predictable Network Interface Names or to rename the interface to a name of at most 13 bytes, for example using the ip(8) tool.

Documentation issues

Les filtres des sockets ne sont pas documentés.