万兆线速ddos攻击测试工具pktgen-dpdk

简介

dpdk是Intel发起的高速网络处理工具，能够旁路Linux在用户空间接管CPU、内存和网卡队列，进行高度并行的网络收发包。pktgen-dpdk是Linux内核发包工具的dpdk加强版，本文介绍了使用此工具如何从一台服务器上提供超过100Gbps的DDOS发包压力测试。

安装

安装过程需要设置hugepage以支持dpdk，编译加载dpdk模块和绑定网卡，编译pktgen-dpdk，运行pktgen-dpdk查看网卡cpu对应关系以设定cpu分配关系。

为顺利安装，需要Linux系统18.04或以上，以及支持dpdk的网卡，dpdk官网可以查询你的网卡是否支持。

• 内核开启巨页支持

编辑内核启动参数，按物理内存容量分配适当的HugePages容量，页大小可以是2MB和1GB二者之一，这里设置1GB x 8。

compile dpdk per kernel update

vi /etc/default/grub：
GRUB_CMDLINE_LINUX="default_hugepagesz=1g hugepagesz=1g hugepages=8"
ls /boot/grub/ && update-grub
reboot

重启系统后，应能查看到如下结果：

tail /proc/meminfo
CmaFree:               0 kB
HugePages_Total:       8
HugePages_Free:        8
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:    1048576 kB
Hugetlb:        67108864 kB
DirectMap4k:      305912 kB
DirectMap2M:     6938624 kB
DirectMap1G:    128974848 kB

• 编译dpdk

下载并解压dpdk (以版本18.11.5为例)，按如下步骤编译。其中前2行export需要放到环境变量中以供以后运行使用。

export RTE_SDK=/path/to/dpdk
export RTE_TARGET=x86_64-native-linuxapp-gcc
cd ${RTE_SDK}
apt install make
apt install make-guile
apt install gcc
apt install libnuma-dev
make install T=${RTE_TARGET}  -j4
insmod ${RTE_SDK}/${RTE_TARGET}/kmod/igb_uio.ko
insmod ${RTE_SDK}/${RTE_TARGET}/kmod/rte_kni.ko

为了快速绑定网卡到dpdk或者解绑回到Linux内核，可以创建脚本dpdk_bind_ports.sh：

#!/bin/bash
ports=(0 1) # dpdk nic number, start from 0
# NIC's interface name like eth1/enp130s0f0/eno1
nic=(enp130s0f0 enp130s0f1)
# NIC's PCI-ID
ids=(82:00.0 82:00.1)
#Linux kenerl NIC driver, like i40e/ixgbe/tg3
drv="i40e"
cd ${RTE_SDK}
if [ "$1" = "-u" ]; then
  for i in ${ports[@]}; do
    ./usertools/dpdk-devbind.py -u ${ids[$i]}
    ./usertools/dpdk-devbind.py -b $drv ${ids[$i]}
  done
else
  insmod ./x86_64-native-linuxapp-gcc/kmod/igb_uio.ko 2>/dev/null
  insmod ./x86_64-native-linuxapp-gcc/kmod/rte_kni.ko 2>/dev/null
  for i in ${ports[@]}; do
    ifconfig ${nic[$i]} down
    ./usertools/dpdk-devbind.py -u ${ids[$i]}
    ./usertools/dpdk-devbind.py -b igb_uio ${ids[$i]}
  done
fi
./usertools/dpdk-devbind.py --status-dev net

执行./dpdk_bind_ports.sh将上述所列的两个网口绑定到dpdk，可以看到如下类似结果：

Network devices using DPDK-compatible driver
============================================
0000:82:00.0 'Ethernet Controller X710 for 10GbE SFP+ 1572' drv=igb_uio unused=i40e
0000:82:00.1 'Ethernet Controller X710 for 10GbE SFP+ 1572' drv=igb_uio unused=i40e

Network devices using kernel driver
===================================
0000:01:00.0 'NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe 165f' if=eno1 drv=tg3 unused=igb_uio *Active*

请按自己的网卡信息编辑上述脚本，ports为0开始的顺序编号，nic和ids数目应该与其一致。

若不知道网卡接口名字，可以先修改驱动名和PCI-ID正确，未知网卡名随意填充，执行./dpdk_bind_ports.sh -u恢复网卡到Linux 内核接管，则输出结果或者ifconfig -a 都可以查到网卡名字。最后，再次执行./dpdk_bind_ports.sh将网卡绑定到dpdk。

• 编译pktgen-dpdk

下载并解压pktgen-dpdk，执行如下步骤编译：

cd /path/to/pktgen-dpdk
apt install liblua5.3-dev
apt install libpcap-dev
make -j4

执行 ./app/x86_64-native-linuxapp-gcc/pktgen 进入交互式界面，输入page config命令得到网卡和cpu的交互图，以创建-m绑定关系。

  Socket   :    0         1      Port description
  Core   0 : [ 0,20]   [ 1,21]   0000:01:00.0 : Broadcom Inc. and subsidiaries NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe
  Core   1 : [ 2,22]   [ 3,23]   0000:01:00.1 : Broadcom Inc. and subsidiaries NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe
  Core   2 : [ 4,24]   [ 5,25]   0000:02:00.0 : Broadcom Inc. and subsidiaries NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe
  Core   3 : [ 6,26]   [ 7,27]   0000:02:00.1 : Broadcom Inc. and subsidiaries NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe
  Core   4 : [ 8,28]   [ 9,29]   0000:82:00.0 : Intel Corporation X710 for 10GbE SFP+ (rev 01)
  Core   5 : [10,30]   [11,31]   0000:82:00.1 : Intel Corporation X710 for 10GbE SFP+ (rev 01)
  Core   6 : [12,32]   [13,33]
  Core   7 : [14,34]   [15,35]
  Core   8 : [16,36]   [17,37]
  Core   9 : [18,38]   [19,39]

上述信息表明有2个物理cpu 0 和1，每个cpu有10个核心，操作系统统一编号后为0~19，开启超线程之后为0~39。

dpdk绑定的2个网口因为在一个网卡上(PCI-ID是连号的)，而同一个网卡物理上只会连到一个物理CPU的PCI-Express Lane，所以这两个网口(dpdk编号0/1)能绑定的CPU编号要么左边一列方括号[8,28]/[10,30]，要么右边一列方括号[9,29]/[11,31] (注意方括号里逗号右边的是超线程cpu核心编号)。

  Core   4 : [ 8,28]   [ 9,29]   0000:82:00.0 : Intel Corporation X710 for 10GbE SFP+ (rev 01)
  Core   5 : [10,30]   [11,31]   0000:82:00.1 : Intel Corporation X710 for 10GbE SFP+ (rev 01)

那么可以先试试能否正确加载: 

./app/x86_64-native-linuxapp-gcc/pktgen -m 8.0 -m 10.1

若报告错误，类似 “port 0 on socket ID 1 has different socket ID for lcore 8 socket ID 0”，则左边数字加1再试：

./app/x86_64-native-linuxapp-gcc/pktgen -m 9.0 -m 10.1

总能把这对网口配到正确的物理cpu上：

Copyright (c) <2010-2019>, Intel Corporation. All rights reserved. Powered by DPDK
EAL: Detected 40 lcore(s)
EAL: Detected 2 NUMA nodes
EAL: Multi-process socket /var/run/dpdk/rte/mp_socket
EAL: Probing VFIO support...
EAL: PCI device 0000:82:00.0 on NUMA socket 1
EAL:   probe driver: 8086:1572 net_i40e
EAL: PCI device 0000:82:00.1 on NUMA socket 1
EAL:   probe driver: 8086:1572 net_i40e
Lua 5.3.3  Copyright (C) 1994-2016 Lua.org, PUC-Rio

*** Copyright (c) <2010-2019>, Intel Corporation. All rights reserved.
*** Pktgen created by: Keith Wiles -- >>> Powered by DPDK <<<

 Port: Name         IfIndex Alias        NUMA  PCI
    0: net_i40e        0                   1   8086:1572/82:00.0
    1: net_i40e        0                   1   8086:1572/82:00.1

测试

最终，创建test.cfg并进入攻击交互式界面：

#./app/x86_64-native-linuxapp-gcc/pktgen -- -l ./pktgen.log -PGNT -m 9.0 -m 11.1 -f test.cfg

运行 start 0开始第一个网口，stop 0停止第一个网口，第二个网口类似；

运行 start all开始所有网口，stop all停止所有网口；

运行page help可以看到可用命令，主要有page stats, page xstats, page rate, quit

test.cfg为交互式命令的集合版本，可以参考官方文档生成各种协议的包和指定发包策略。

这里简单列举一个0网口全速发udp  64字节小包的例子：

clear 0 stats
reset 0
enable screen
enable 0 range
disable 0 vlan
set 0 size 64
set 0 rate 100
set 0 burst 64
set 0 type ipv4
set 0 proto udp
set 0 dst ip 192.168.0.1/24
set 0 src ip 172.0.0.1/16
set 0 sport 12325
set 0 dport 12325
set 0 dst mac 20:04:0f:34:aa:3d
set 0 src mac f8:f2:1e:1a:d6:00
range 0 proto udp
range 0 src port 10000 10000 60000 1
range 0 dst port 10000 10000 60000 1
set 0 src ip 172.0.0.1/16
range 0 src ip start 172.0.0.1
range 0 src ip min 172.0.0.1
range 0 src ip max 172.0.255.254
range 0 src ip inc 0.0.0.1
set 0 dst ip 192.168.0.1
range 0 dst ip start 192.168.0.1
range 0 dst ip min 192.168.0.1
range 0 dst ip max 192.168.0.1
range 0 dst ip inc 0.0.0.0
disable 0 process
disable 0 bonding
disable 0 mac_from_arp
start 0 arp request
range 0 dst mac start 20:04:0f:34:aa:3d
range 0 dst mac min 20:04:0f:34:aa:3d
range 0 dst mac max 20:04:0f:34:aa:3d
range 0 src mac start f8:f2:1e:1a:d6:00
range 0 src mac min f8:f2:1e:1a:d6:00
range 0 src mac max f8:f2:1e:1a:d6:00

也可以用bash脚本gencfg一次性生成多个port的配置：

#!/bin/bash
ports="0 1"
smacs=("f8:f2:1e:1a:d6:00" "f8:f2:1e:1a:d6:02")
dmacs=("20:04:0f:34:aa:3d" "20:04:0f:34:aa:3d")
dips=("192.168.0.1" "192.168.0.1")

set_nic(){
i=$1
smac=$2
dmac=${3:-"20:04:0f:34:aa:3d"}
dip=${4:-"192.168.0.1"}
cat <<EOF
clear $i stats
reset $i
enable screen
enable $i range
disable $i vlan
set $i size 64
set $i rate 100
set $i burst 64
set $i type ipv4
set $i proto udp
set $i dst ip $dip/24
set $i src ip 172.$i.0.1/16
set $i sport 12325
set $i dport 12325
set $i dst mac $dmac
set $i src mac $smac
range $i proto udp
range $i src port 10000 10000 60000 1
range $i dst port 10000 10000 60000 1
set $i src ip 172.$i.0.1/16
range $i src ip start 172.$i.0.1
range $i src ip min 172.$i.0.1
range $i src ip max 172.$i.255.254
range $i src ip inc 0.0.0.1
set $i dst ip $dip
range $i dst ip start $dip
range $i dst ip min $dip
range $i dst ip max $dip
range $i dst ip inc 0.0.0.0
disable $i process
disable $i bonding
disable $i mac_from_arp
start $i arp request
range $i dst mac start $dmac
range $i dst mac min $dmac
range $i dst mac max $dmac
range $i src mac start $smac
range $i src mac min $smac
range $i src mac max $smac

#dbg tx_dbg

EOF

}

最后执行：

./gencfg > test.cfg

这个配置实测过，可以从一台Dell R620 (2 * E5-2660 v2 / 64GB Mem / 8个10G Intel网口)服务器 ，轻松打满8x10Gbps的udp小包，发包总速率达到8x15=120Mpps。考虑到CPU 队列并未用完，如果有更多的网卡，超过100Gbps没有悬念。