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49 .\"
50 .\" $FreeBSD$
51 .\"
52 .Dd February 26, 2007
53 .Dt BPF 4
54 .Os
55 .Sh NAME
56 .Nm bpf
57 .Nd Berkeley Packet Filter
58 .Sh SYNOPSIS
59 .Cd device bpf
60 .Sh DESCRIPTION
61 The Berkeley Packet Filter
62 provides a raw interface to data link layers in a protocol
63 independent fashion.
64 All packets on the network, even those destined for other hosts,
65 are accessible through this mechanism.
66 .Pp
67 The packet filter appears as a character special device,
68 .Pa /dev/bpf0 ,
69 .Pa /dev/bpf1 ,
70 etc.
71 After opening the device, the file descriptor must be bound to a
72 specific network interface with the
73 .Dv BIOCSETIF
74 ioctl.
75 A given interface can be shared by multiple listeners, and the filter
76 underlying each descriptor will see an identical packet stream.
77 .Pp
78 A separate device file is required for each minor device.
79 If a file is in use, the open will fail and
80 .Va errno
81 will be set to
82 .Er EBUSY .
83 .Pp
84 Associated with each open instance of a
85 .Nm
86 file is a user-settable packet filter.
87 Whenever a packet is received by an interface,
88 all file descriptors listening on that interface apply their filter.
89 Each descriptor that accepts the packet receives its own copy.
90 .Pp
91 The packet filter will support any link level protocol that has fixed length
92 headers.
93 Currently, only Ethernet,
94 .Tn SLIP ,
95 and
96 .Tn PPP
97 drivers have been modified to interact with
98 .Nm .
99 .Pp
100 Since packet data is in network byte order, applications should use the
101 .Xr byteorder 3
102 macros to extract multi-byte values.
103 .Pp
104 A packet can be sent out on the network by writing to a
105 .Nm
106 file descriptor.
107 The writes are unbuffered, meaning only one packet can be processed per write.
108 Currently, only writes to Ethernets and
109 .Tn SLIP
110 links are supported.
111 .Sh BUFFER MODES
112 .Nm
113 devices deliver packet data to the application via memory buffers provided by
114 the application.
115 The buffer mode is set using the
116 .Dv BIOCSETBUFMODE
117 ioctl, and read using the
118 .Dv BIOCGETBUFMODE
119 ioctl.
120 .Ss Buffered read mode
121 By default,
122 .Nm
123 devices operate in the
124 .Dv BPF_BUFMODE_BUFFER
125 mode, in which packet data is copied explicitly from kernel to user memory
126 using the
127 .Xr read 2
128 system call.
129 The user process will declare a fixed buffer size that will be used both for
130 sizing internal buffers and for all
131 .Xr read 2
132 operations on the file.
133 This size is queried using the
134 .Dv BIOCGBLEN
135 ioctl, and is set using the
136 .Dv BIOCSBLEN
137 ioctl.
138 Note that an individual packet larger than the buffer size is necessarily
139 truncated.
140 .Ss Zero-copy buffer mode
141 .Nm
142 devices may also operate in the
143 .Dv BPF_BUFMODE_ZEROCOPY
144 mode, in which packet data is written directly into two user memory buffers
145 by the kernel, avoiding both system call and copying overhead.
146 Buffers are of fixed (and equal) size, page-aligned, and an even multiple of
147 the page size.
148 The maximum zero-copy buffer size is returned by the
149 .Dv BIOCGETZMAX
150 ioctl.
151 Note that an individual packet larger than the buffer size is necessarily
152 truncated.
153 .Pp
154 The user process registers two memory buffers using the
155 .Dv BIOCSETZBUF
156 ioctl, which accepts a
157 .Vt struct bpf_zbuf
158 pointer as an argument:
159 .Bd -literal
160 struct bpf_zbuf {
161         void *bz_bufa;
162         void *bz_bufb;
163         size_t bz_buflen;
164 };
165 .Ed
166 .Pp
167 .Vt bz_bufa
168 is a pointer to the userspace address of the first buffer that will be
169 filled, and
170 .Vt bz_bufb
171 is a pointer to the second buffer.
172 .Nm
173 will then cycle between the two buffers as they fill and are acknowledged.
174 .Pp
175 Each buffer begins with a fixed-length header to hold synchronization and
176 data length information for the buffer:
177 .Bd -literal
178 struct bpf_zbuf_header {
179         volatile u_int  bzh_kernel_gen; /* Kernel generation number. */
180         volatile u_int  bzh_kernel_len; /* Length of data in the buffer. */
181         volatile u_int  bzh_user_gen;   /* User generation number. */
182         /* ...padding for future use... */
183 };
184 .Ed
185 .Pp
186 The header structure of each buffer, including all padding, should be zeroed
187 before it is configured using
188 .Dv BIOCSETZBUF .
189 Remaining space in the buffer will be used by the kernel to store packet
190 data, laid out in the same format as with buffered read mode.
191 .Pp
192 The kernel and the user process follow a simple acknowledgement protocol via
193 the buffer header to synchronize access to the buffer: when the header
194 generation numbers,
195 .Vt bzh_kernel_gen
196 and
197 .Vt bzh_user_gen ,
198 hold the same value, the kernel owns the buffer, and when they differ,
199 userspace owns the buffer.
200 .Pp
201 While the kernel owns the buffer, the contents are unstable and may change
202 asynchronously; while the user process owns the buffer, its contents are
203 stable and will not be changed until the buffer has been acknowledged.
204 .Pp
205 Initializing the buffer headers to all 0's before registering the buffer has
206 the effect of assigning initial ownership of both buffers to the kernel.
207 The kernel signals that a buffer has been assigned to userspace by modifying
208 .Vt bzh_kernel_gen ,
209 and userspace acknowledges the buffer and returns it to the kernel by setting
210 the value of
211 .Vt bzh_user_gen
212 to the value of
213 .Vt bzh_kernel_gen .
214 .Pp
215 In order to avoid caching and memory re-ordering effects, the user process
216 must use atomic operations and memory barriers when checking for and
217 acknowledging buffers:
218 .Bd -literal
219 #include <machine/atomic.h>
220
221 /*
222  * Return ownership of a buffer to the kernel for reuse.
223  */
224 static void
225 buffer_acknowledge(struct bpf_zbuf_header *bzh)
226 {
227
228         atomic_store_rel_int(&bzh->bzh_user_gen, bzh->bzh_kernel_gen);
229 }
230
231 /*
232  * Check whether a buffer has been assigned to userspace by the kernel.
233  * Return true if userspace owns the buffer, and false otherwise.
234  */
235 static int
236 buffer_check(struct bpf_zbuf_header *bzh)
237 {
238
239         return (bzh->bzh_user_gen !=
240             atomic_load_acq_int(&bzh->bzh_kernel_gen));
241 }
242 .Ed
243 .Pp
244 The user process may force the assignment of the next buffer, if any data
245 is pending, to userspace using the
246 .Dv BIOCROTZBUF
247 ioctl.
248 This allows the user process to retrieve data in a partially filled buffer
249 before the buffer is full, such as following a timeout; the process must
250 recheck for buffer ownership using the header generation numbers, as the
251 buffer will not be assigned to userspace if no data was present.
252 .Pp
253 As in the buffered read mode,
254 .Xr kqueue 2 ,
255 .Xr poll 2 ,
256 and
257 .Xr select 2
258 may be used to sleep awaiting the availbility of a completed buffer.
259 They will return a readable file descriptor when ownership of the next buffer
260 is assigned to user space.
261 .Pp
262 In the current implementation, the kernel may assign zero, one, or both
263 buffers to the user process; however, an earlier implementation maintained
264 the invariant that at most one buffer could be assigned to the user process
265 at a time.
266 In order to both ensure progress and high performance, user processes should
267 acknowledge a completely processed buffer as quickly as possible, returning
268 it for reuse, and not block waiting on a second buffer while holding another
269 buffer.
270 .Sh IOCTLS
271 The
272 .Xr ioctl 2
273 command codes below are defined in
274 .In net/bpf.h .
275 All commands require
276 these includes:
277 .Bd -literal
278         #include <sys/types.h>
279         #include <sys/time.h>
280         #include <sys/ioctl.h>
281         #include <net/bpf.h>
282 .Ed
283 .Pp
284 Additionally,
285 .Dv BIOCGETIF
286 and
287 .Dv BIOCSETIF
288 require
289 .In sys/socket.h
290 and
291 .In net/if.h .
292 .Pp
293 In addition to
294 .Dv FIONREAD
295 and
296 .Dv SIOCGIFADDR ,
297 the following commands may be applied to any open
298 .Nm
299 file.
300 The (third) argument to
301 .Xr ioctl 2
302 should be a pointer to the type indicated.
303 .Bl -tag -width BIOCGETBUFMODE
304 .It Dv BIOCGBLEN
305 .Pq Li u_int
306 Returns the required buffer length for reads on
307 .Nm
308 files.
309 .It Dv BIOCSBLEN
310 .Pq Li u_int
311 Sets the buffer length for reads on
312 .Nm
313 files.
314 The buffer must be set before the file is attached to an interface
315 with
316 .Dv BIOCSETIF .
317 If the requested buffer size cannot be accommodated, the closest
318 allowable size will be set and returned in the argument.
319 A read call will result in
320 .Er EIO
321 if it is passed a buffer that is not this size.
322 .It Dv BIOCGDLT
323 .Pq Li u_int
324 Returns the type of the data link layer underlying the attached interface.
325 .Er EINVAL
326 is returned if no interface has been specified.
327 The device types, prefixed with
328 .Dq Li DLT_ ,
329 are defined in
330 .In net/bpf.h .
331 .It Dv BIOCPROMISC
332 Forces the interface into promiscuous mode.
333 All packets, not just those destined for the local host, are processed.
334 Since more than one file can be listening on a given interface,
335 a listener that opened its interface non-promiscuously may receive
336 packets promiscuously.
337 This problem can be remedied with an appropriate filter.
338 .It Dv BIOCFLUSH
339 Flushes the buffer of incoming packets,
340 and resets the statistics that are returned by BIOCGSTATS.
341 .It Dv BIOCGETIF
342 .Pq Li "struct ifreq"
343 Returns the name of the hardware interface that the file is listening on.
344 The name is returned in the ifr_name field of
345 the
346 .Li ifreq
347 structure.
348 All other fields are undefined.
349 .It Dv BIOCSETIF
350 .Pq Li "struct ifreq"
351 Sets the hardware interface associate with the file.
352 This
353 command must be performed before any packets can be read.
354 The device is indicated by name using the
355 .Li ifr_name
356 field of the
357 .Li ifreq
358 structure.
359 Additionally, performs the actions of
360 .Dv BIOCFLUSH .
361 .It Dv BIOCSRTIMEOUT
362 .It Dv BIOCGRTIMEOUT
363 .Pq Li "struct timeval"
364 Set or get the read timeout parameter.
365 The argument
366 specifies the length of time to wait before timing
367 out on a read request.
368 This parameter is initialized to zero by
369 .Xr open 2 ,
370 indicating no timeout.
371 .It Dv BIOCGSTATS
372 .Pq Li "struct bpf_stat"
373 Returns the following structure of packet statistics:
374 .Bd -literal
375 struct bpf_stat {
376         u_int bs_recv;    /* number of packets received */
377         u_int bs_drop;    /* number of packets dropped */
378 };
379 .Ed
380 .Pp
381 The fields are:
382 .Bl -hang -offset indent
383 .It Li bs_recv
384 the number of packets received by the descriptor since opened or reset
385 (including any buffered since the last read call);
386 and
387 .It Li bs_drop
388 the number of packets which were accepted by the filter but dropped by the
389 kernel because of buffer overflows
390 (i.e., the application's reads are not keeping up with the packet traffic).
391 .El
392 .It Dv BIOCIMMEDIATE
393 .Pq Li u_int
394 Enable or disable
395 .Dq immediate mode ,
396 based on the truth value of the argument.
397 When immediate mode is enabled, reads return immediately upon packet
398 reception.
399 Otherwise, a read will block until either the kernel buffer
400 becomes full or a timeout occurs.
401 This is useful for programs like
402 .Xr rarpd 8
403 which must respond to messages in real time.
404 The default for a new file is off.
405 .It Dv BIOCSETF
406 .It Dv BIOCSETFNR
407 .Pq Li "struct bpf_program"
408 Sets the read filter program used by the kernel to discard uninteresting
409 packets.
410 An array of instructions and its length is passed in using
411 the following structure:
412 .Bd -literal
413 struct bpf_program {
414         int bf_len;
415         struct bpf_insn *bf_insns;
416 };
417 .Ed
418 .Pp
419 The filter program is pointed to by the
420 .Li bf_insns
421 field while its length in units of
422 .Sq Li struct bpf_insn
423 is given by the
424 .Li bf_len
425 field.
426 See section
427 .Sx "FILTER MACHINE"
428 for an explanation of the filter language.
429 The only difference between
430 .Dv BIOCSETF
431 and
432 .Dv BIOCSETFNR
433 is
434 .Dv BIOCSETF
435 performs the actions of
436 .Dv BIOCFLUSH
437 while
438 .Dv BIOCSETFNR
439 does not.
440 .It Dv BIOCSETWF
441 .Pq Li "struct bpf_program"
442 Sets the write filter program used by the kernel to control what type of
443 packets can be written to the interface.
444 See the
445 .Dv BIOCSETF
446 command for more
447 information on the
448 .Nm
449 filter program.
450 .It Dv BIOCVERSION
451 .Pq Li "struct bpf_version"
452 Returns the major and minor version numbers of the filter language currently
453 recognized by the kernel.
454 Before installing a filter, applications must check
455 that the current version is compatible with the running kernel.
456 Version numbers are compatible if the major numbers match and the application minor
457 is less than or equal to the kernel minor.
458 The kernel version number is returned in the following structure:
459 .Bd -literal
460 struct bpf_version {
461         u_short bv_major;
462         u_short bv_minor;
463 };
464 .Ed
465 .Pp
466 The current version numbers are given by
467 .Dv BPF_MAJOR_VERSION
468 and
469 .Dv BPF_MINOR_VERSION
470 from
471 .In net/bpf.h .
472 An incompatible filter
473 may result in undefined behavior (most likely, an error returned by
474 .Fn ioctl
475 or haphazard packet matching).
476 .It Dv BIOCSHDRCMPLT
477 .It Dv BIOCGHDRCMPLT
478 .Pq Li u_int
479 Set or get the status of the
480 .Dq header complete
481 flag.
482 Set to zero if the link level source address should be filled in automatically
483 by the interface output routine.
484 Set to one if the link level source
485 address will be written, as provided, to the wire.
486 This flag is initialized to zero by default.
487 .It Dv BIOCSSEESENT
488 .It Dv BIOCGSEESENT
489 .Pq Li u_int
490 These commands are obsolete but left for compatibility.
491 Use
492 .Dv BIOCSDIRECTION
493 and
494 .Dv BIOCGDIRECTION
495 instead.
496 Set or get the flag determining whether locally generated packets on the
497 interface should be returned by BPF.
498 Set to zero to see only incoming packets on the interface.
499 Set to one to see packets originating locally and remotely on the interface.
500 This flag is initialized to one by default.
501 .It Dv BIOCSDIRECTION
502 .It Dv BIOCGDIRECTION
503 .Pq Li u_int
504 Set or get the setting determining whether incoming, outgoing, or all packets
505 on the interface should be returned by BPF.
506 Set to
507 .Dv BPF_D_IN
508 to see only incoming packets on the interface.
509 Set to
510 .Dv BPF_D_INOUT
511 to see packets originating locally and remotely on the interface.
512 Set to
513 .Dv BPF_D_OUT
514 to see only outgoing packets on the interface.
515 This setting is initialized to
516 .Dv BPF_D_INOUT
517 by default.
518 .It Dv BIOCFEEDBACK
519 .Pq Li u_int
520 Set packet feedback mode.
521 This allows injected packets to be fed back as input to the interface when
522 output via the interface is successful.
523 When
524 .Dv BPF_D_INOUT
525 direction is set, injected outgoing packet is not returned by BPF to avoid
526 duplication. This flag is initialized to zero by default.
527 .It Dv BIOCLOCK
528 Set the locked flag on the
529 .Nm
530 descriptor.
531 This prevents the execution of
532 ioctl commands which could change the underlying operating parameters of
533 the device.
534 .It Dv BIOCGETBUFMODE
535 .It Dv BIOCSETBUFMODE
536 .Pq Li u_int
537 Get or set the current
538 .Nm
539 buffering mode; possible values are
540 .Dv BPF_BUFMODE_BUFFER ,
541 buffered read mode, and
542 .Dv BPF_BUFMODE_ZBUF ,
543 zero-copy buffer mode.
544 .It Dv BIOCSETZBUF
545 .Pq Li struct bpf_zbuf
546 Set the current zero-copy buffer locations; buffer locations may be
547 set only once zero-copy buffer mode has been selected, and prior to attaching
548 to an interface.
549 Buffers must be of identical size, page-aligned, and an integer multiple of
550 pages in size.
551 The three fields
552 .Vt bz_bufa ,
553 .Vt bz_bufb ,
554 and
555 .Vt bz_buflen
556 must be filled out.
557 If buffers have already been set for this device, the ioctl will fail.
558 .It Dv BIOCGETZMAX
559 .Pq Li size_t
560 Get the largest individual zero-copy buffer size allowed.
561 As two buffers are used in zero-copy buffer mode, the limit (in practice) is
562 twice the returned size.
563 As zero-copy buffers consume kernel address space, conservative selection of
564 buffer size is suggested, especially when there are multiple
565 .Nm
566 descriptors in use on 32-bit systems.
567 .It Dv BIOCROTZBUF
568 Force ownership of the next buffer to be assigned to userspace, if any data
569 present in the buffer.
570 If no data is present, the buffer will remain owned by the kernel.
571 This allows consumers of zero-copy buffering to implement timeouts and
572 retrieve partially filled buffers.
573 In order to handle the case where no data is present in the buffer and
574 therefore ownership is not assigned, the user process must check
575 .Vt bzh_kernel_gen
576 against
577 .Vt bzh_user_gen .
578 .El
579 .Sh BPF HEADER
580 The following structure is prepended to each packet returned by
581 .Xr read 2
582 or via a zero-copy buffer:
583 .Bd -literal
584 struct bpf_hdr {
585         struct timeval bh_tstamp;     /* time stamp */
586         u_long bh_caplen;             /* length of captured portion */
587         u_long bh_datalen;            /* original length of packet */
588         u_short bh_hdrlen;            /* length of bpf header (this struct
589                                          plus alignment padding */
590 };
591 .Ed
592 .Pp
593 The fields, whose values are stored in host order, and are:
594 .Pp
595 .Bl -tag -compact -width bh_datalen
596 .It Li bh_tstamp
597 The time at which the packet was processed by the packet filter.
598 .It Li bh_caplen
599 The length of the captured portion of the packet.
600 This is the minimum of
601 the truncation amount specified by the filter and the length of the packet.
602 .It Li bh_datalen
603 The length of the packet off the wire.
604 This value is independent of the truncation amount specified by the filter.
605 .It Li bh_hdrlen
606 The length of the
607 .Nm
608 header, which may not be equal to
609 .\" XXX - not really a function call
610 .Fn sizeof "struct bpf_hdr" .
611 .El
612 .Pp
613 The
614 .Li bh_hdrlen
615 field exists to account for
616 padding between the header and the link level protocol.
617 The purpose here is to guarantee proper alignment of the packet
618 data structures, which is required on alignment sensitive
619 architectures and improves performance on many other architectures.
620 The packet filter insures that the
621 .Li bpf_hdr
622 and the network layer
623 header will be word aligned.
624 Suitable precautions
625 must be taken when accessing the link layer protocol fields on alignment
626 restricted machines.
627 (This is not a problem on an Ethernet, since
628 the type field is a short falling on an even offset,
629 and the addresses are probably accessed in a bytewise fashion).
630 .Pp
631 Additionally, individual packets are padded so that each starts
632 on a word boundary.
633 This requires that an application
634 has some knowledge of how to get from packet to packet.
635 The macro
636 .Dv BPF_WORDALIGN
637 is defined in
638 .In net/bpf.h
639 to facilitate
640 this process.
641 It rounds up its argument to the nearest word aligned value (where a word is
642 .Dv BPF_ALIGNMENT
643 bytes wide).
644 .Pp
645 For example, if
646 .Sq Li p
647 points to the start of a packet, this expression
648 will advance it to the next packet:
649 .Dl p = (char *)p + BPF_WORDALIGN(p->bh_hdrlen + p->bh_caplen)
650 .Pp
651 For the alignment mechanisms to work properly, the
652 buffer passed to
653 .Xr read 2
654 must itself be word aligned.
655 The
656 .Xr malloc 3
657 function
658 will always return an aligned buffer.
659 .Sh FILTER MACHINE
660 A filter program is an array of instructions, with all branches forwardly
661 directed, terminated by a
662 .Em return
663 instruction.
664 Each instruction performs some action on the pseudo-machine state,
665 which consists of an accumulator, index register, scratch memory store,
666 and implicit program counter.
667 .Pp
668 The following structure defines the instruction format:
669 .Bd -literal
670 struct bpf_insn {
671         u_short code;
672         u_char  jt;
673         u_char  jf;
674         u_long k;
675 };
676 .Ed
677 .Pp
678 The
679 .Li k
680 field is used in different ways by different instructions,
681 and the
682 .Li jt
683 and
684 .Li jf
685 fields are used as offsets
686 by the branch instructions.
687 The opcodes are encoded in a semi-hierarchical fashion.
688 There are eight classes of instructions:
689 .Dv BPF_LD ,
690 .Dv BPF_LDX ,
691 .Dv BPF_ST ,
692 .Dv BPF_STX ,
693 .Dv BPF_ALU ,
694 .Dv BPF_JMP ,
695 .Dv BPF_RET ,
696 and
697 .Dv BPF_MISC .
698 Various other mode and
699 operator bits are or'd into the class to give the actual instructions.
700 The classes and modes are defined in
701 .In net/bpf.h .
702 .Pp
703 Below are the semantics for each defined
704 .Nm
705 instruction.
706 We use the convention that A is the accumulator, X is the index register,
707 P[] packet data, and M[] scratch memory store.
708 P[i:n] gives the data at byte offset
709 .Dq i
710 in the packet,
711 interpreted as a word (n=4),
712 unsigned halfword (n=2), or unsigned byte (n=1).
713 M[i] gives the i'th word in the scratch memory store, which is only
714 addressed in word units.
715 The memory store is indexed from 0 to
716 .Dv BPF_MEMWORDS
717 - 1.
718 .Li k ,
719 .Li jt ,
720 and
721 .Li jf
722 are the corresponding fields in the
723 instruction definition.
724 .Dq len
725 refers to the length of the packet.
726 .Pp
727 .Bl -tag -width BPF_STXx
728 .It Dv BPF_LD
729 These instructions copy a value into the accumulator.
730 The type of the source operand is specified by an
731 .Dq addressing mode
732 and can be a constant
733 .Pq Dv BPF_IMM ,
734 packet data at a fixed offset
735 .Pq Dv BPF_ABS ,
736 packet data at a variable offset
737 .Pq Dv BPF_IND ,
738 the packet length
739 .Pq Dv BPF_LEN ,
740 or a word in the scratch memory store
741 .Pq Dv BPF_MEM .
742 For
743 .Dv BPF_IND
744 and
745 .Dv BPF_ABS ,
746 the data size must be specified as a word
747 .Pq Dv BPF_W ,
748 halfword
749 .Pq Dv BPF_H ,
750 or byte
751 .Pq Dv BPF_B .
752 The semantics of all the recognized
753 .Dv BPF_LD
754 instructions follow.
755 .Pp
756 .Bd -literal
757 BPF_LD+BPF_W+BPF_ABS    A <- P[k:4]
758 BPF_LD+BPF_H+BPF_ABS    A <- P[k:2]
759 BPF_LD+BPF_B+BPF_ABS    A <- P[k:1]
760 BPF_LD+BPF_W+BPF_IND    A <- P[X+k:4]
761 BPF_LD+BPF_H+BPF_IND    A <- P[X+k:2]
762 BPF_LD+BPF_B+BPF_IND    A <- P[X+k:1]
763 BPF_LD+BPF_W+BPF_LEN    A <- len
764 BPF_LD+BPF_IMM          A <- k
765 BPF_LD+BPF_MEM          A <- M[k]
766 .Ed
767 .It Dv BPF_LDX
768 These instructions load a value into the index register.
769 Note that
770 the addressing modes are more restrictive than those of the accumulator loads,
771 but they include
772 .Dv BPF_MSH ,
773 a hack for efficiently loading the IP header length.
774 .Pp
775 .Bd -literal
776 BPF_LDX+BPF_W+BPF_IMM   X <- k
777 BPF_LDX+BPF_W+BPF_MEM   X <- M[k]
778 BPF_LDX+BPF_W+BPF_LEN   X <- len
779 BPF_LDX+BPF_B+BPF_MSH   X <- 4*(P[k:1]&0xf)
780 .Ed
781 .It Dv BPF_ST
782 This instruction stores the accumulator into the scratch memory.
783 We do not need an addressing mode since there is only one possibility
784 for the destination.
785 .Pp
786 .Bd -literal
787 BPF_ST                  M[k] <- A
788 .Ed
789 .It Dv BPF_STX
790 This instruction stores the index register in the scratch memory store.
791 .Pp
792 .Bd -literal
793 BPF_STX                 M[k] <- X
794 .Ed
795 .It Dv BPF_ALU
796 The alu instructions perform operations between the accumulator and
797 index register or constant, and store the result back in the accumulator.
798 For binary operations, a source mode is required
799 .Dv ( BPF_K
800 or
801 .Dv BPF_X ) .
802 .Pp
803 .Bd -literal
804 BPF_ALU+BPF_ADD+BPF_K   A <- A + k
805 BPF_ALU+BPF_SUB+BPF_K   A <- A - k
806 BPF_ALU+BPF_MUL+BPF_K   A <- A * k
807 BPF_ALU+BPF_DIV+BPF_K   A <- A / k
808 BPF_ALU+BPF_AND+BPF_K   A <- A & k
809 BPF_ALU+BPF_OR+BPF_K    A <- A | k
810 BPF_ALU+BPF_LSH+BPF_K   A <- A << k
811 BPF_ALU+BPF_RSH+BPF_K   A <- A >> k
812 BPF_ALU+BPF_ADD+BPF_X   A <- A + X
813 BPF_ALU+BPF_SUB+BPF_X   A <- A - X
814 BPF_ALU+BPF_MUL+BPF_X   A <- A * X
815 BPF_ALU+BPF_DIV+BPF_X   A <- A / X
816 BPF_ALU+BPF_AND+BPF_X   A <- A & X
817 BPF_ALU+BPF_OR+BPF_X    A <- A | X
818 BPF_ALU+BPF_LSH+BPF_X   A <- A << X
819 BPF_ALU+BPF_RSH+BPF_X   A <- A >> X
820 BPF_ALU+BPF_NEG         A <- -A
821 .Ed
822 .It Dv BPF_JMP
823 The jump instructions alter flow of control.
824 Conditional jumps
825 compare the accumulator against a constant
826 .Pq Dv BPF_K
827 or the index register
828 .Pq Dv BPF_X .
829 If the result is true (or non-zero),
830 the true branch is taken, otherwise the false branch is taken.
831 Jump offsets are encoded in 8 bits so the longest jump is 256 instructions.
832 However, the jump always
833 .Pq Dv BPF_JA
834 opcode uses the 32 bit
835 .Li k
836 field as the offset, allowing arbitrarily distant destinations.
837 All conditionals use unsigned comparison conventions.
838 .Pp
839 .Bd -literal
840 BPF_JMP+BPF_JA          pc += k
841 BPF_JMP+BPF_JGT+BPF_K   pc += (A > k) ? jt : jf
842 BPF_JMP+BPF_JGE+BPF_K   pc += (A >= k) ? jt : jf
843 BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K   pc += (A == k) ? jt : jf
844 BPF_JMP+BPF_JSET+BPF_K  pc += (A & k) ? jt : jf
845 BPF_JMP+BPF_JGT+BPF_X   pc += (A > X) ? jt : jf
846 BPF_JMP+BPF_JGE+BPF_X   pc += (A >= X) ? jt : jf
847 BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_X   pc += (A == X) ? jt : jf
848 BPF_JMP+BPF_JSET+BPF_X  pc += (A & X) ? jt : jf
849 .Ed
850 .It Dv BPF_RET
851 The return instructions terminate the filter program and specify the amount
852 of packet to accept (i.e., they return the truncation amount).
853 A return value of zero indicates that the packet should be ignored.
854 The return value is either a constant
855 .Pq Dv BPF_K
856 or the accumulator
857 .Pq Dv BPF_A .
858 .Pp
859 .Bd -literal
860 BPF_RET+BPF_A           accept A bytes
861 BPF_RET+BPF_K           accept k bytes
862 .Ed
863 .It Dv BPF_MISC
864 The miscellaneous category was created for anything that does not
865 fit into the above classes, and for any new instructions that might need to
866 be added.
867 Currently, these are the register transfer instructions
868 that copy the index register to the accumulator or vice versa.
869 .Pp
870 .Bd -literal
871 BPF_MISC+BPF_TAX        X <- A
872 BPF_MISC+BPF_TXA        A <- X
873 .Ed
874 .El
875 .Pp
876 The
877 .Nm
878 interface provides the following macros to facilitate
879 array initializers:
880 .Fn BPF_STMT opcode operand
881 and
882 .Fn BPF_JUMP opcode operand true_offset false_offset .
883 .Sh FILES
884 .Bl -tag -compact -width /dev/bpfXXX
885 .It Pa /dev/bpf Ns Sy n
886 the packet filter device
887 .El
888 .Sh EXAMPLES
889 The following filter is taken from the Reverse ARP Daemon.
890 It accepts only Reverse ARP requests.
891 .Bd -literal
892 struct bpf_insn insns[] = {
893         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_H+BPF_ABS, 12),
894         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, ETHERTYPE_REVARP, 0, 3),
895         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_H+BPF_ABS, 20),
896         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, REVARP_REQUEST, 0, 1),
897         BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, sizeof(struct ether_arp) +
898                  sizeof(struct ether_header)),
899         BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, 0),
900 };
901 .Ed
902 .Pp
903 This filter accepts only IP packets between host 128.3.112.15 and
904 128.3.112.35.
905 .Bd -literal
906 struct bpf_insn insns[] = {
907         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_H+BPF_ABS, 12),
908         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, ETHERTYPE_IP, 0, 8),
909         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_W+BPF_ABS, 26),
910         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, 0x8003700f, 0, 2),
911         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_W+BPF_ABS, 30),
912         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, 0x80037023, 3, 4),
913         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, 0x80037023, 0, 3),
914         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_W+BPF_ABS, 30),
915         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, 0x8003700f, 0, 1),
916         BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, (u_int)-1),
917         BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, 0),
918 };
919 .Ed
920 .Pp
921 Finally, this filter returns only TCP finger packets.
922 We must parse the IP header to reach the TCP header.
923 The
924 .Dv BPF_JSET
925 instruction
926 checks that the IP fragment offset is 0 so we are sure
927 that we have a TCP header.
928 .Bd -literal
929 struct bpf_insn insns[] = {
930         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_H+BPF_ABS, 12),
931         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, ETHERTYPE_IP, 0, 10),
932         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_B+BPF_ABS, 23),
933         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, IPPROTO_TCP, 0, 8),
934         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_H+BPF_ABS, 20),
935         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JSET+BPF_K, 0x1fff, 6, 0),
936         BPF_STMT(BPF_LDX+BPF_B+BPF_MSH, 14),
937         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_H+BPF_IND, 14),
938         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, 79, 2, 0),
939         BPF_STMT(BPF_LD+BPF_H+BPF_IND, 16),
940         BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, 79, 0, 1),
941         BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, (u_int)-1),
942         BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, 0),
943 };
944 .Ed
945 .Sh SEE ALSO
946 .Xr tcpdump 1 ,
947 .Xr ioctl 2 ,
948 .Xr kqueue 2 ,
949 .Xr poll 2 ,
950 .Xr select 2 ,
951 .Xr byteorder 3 ,
952 .Xr ng_bpf 4 ,
953 .Xr bpf 9
954 .Rs
955 .%A McCanne, S.
956 .%A Jacobson V.
957 .%T "An efficient, extensible, and portable network monitor"
958 .Re
959 .Sh HISTORY
960 The Enet packet filter was created in 1980 by Mike Accetta and
961 Rick Rashid at Carnegie-Mellon University.
962 Jeffrey Mogul, at
963 Stanford, ported the code to
964 .Bx
965 and continued its development from
966 1983 on.
967 Since then, it has evolved into the Ultrix Packet Filter at
968 .Tn DEC ,
969 a
970 .Tn STREAMS
971 .Tn NIT
972 module under
973 .Tn SunOS 4.1 ,
974 and
975 .Tn BPF .
976 .Sh AUTHORS
977 .An -nosplit
978 .An Steven McCanne ,
979 of Lawrence Berkeley Laboratory, implemented BPF in
980 Summer 1990.
981 Much of the design is due to
982 .An Van Jacobson .
983 .Pp
984 Support for zero-copy buffers was added by
985 .An Robert N. M. Watson
986 under contract to Seccuris Inc.
987 .Sh BUGS
988 The read buffer must be of a fixed size (returned by the
989 .Dv BIOCGBLEN
990 ioctl).
991 .Pp
992 A file that does not request promiscuous mode may receive promiscuously
993 received packets as a side effect of another file requesting this
994 mode on the same hardware interface.
995 This could be fixed in the kernel with additional processing overhead.
996 However, we favor the model where
997 all files must assume that the interface is promiscuous, and if
998 so desired, must utilize a filter to reject foreign packets.
999 .Pp
1000 Data link protocols with variable length headers are not currently supported.
1001 .Pp
1002 The
1003 .Dv SEESENT ,
1004 .Dv DIRECTION ,
1005 and
1006 .Dv FEEDBACK
1007 settings have been observed to work incorrectly on some interface
1008 types, including those with hardware loopback rather than software loopback,
1009 and point-to-point interfaces.
1010 They appear to function correctly on a
1011 broad range of Ethernet-style interfaces.