72f4510276aa586be4d7824d4bcbc978eb6a8939
[dpdk.git] / doc / guides / prog_guide / packet_classif_access_ctrl.rst
1 ..  BSD LICENSE
2     Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
3     All rights reserved.
4
5     Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6     modification, are permitted provided that the following conditions
7     are met:
8
9     * Redistributions of source code must retain the above copyright
10     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
11     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12     notice, this list of conditions and the following disclaimer in
13     the documentation and/or other materials provided with the
14     distribution.
15     * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its
16     contributors may be used to endorse or promote products derived
17     from this software without specific prior written permission.
18
19     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
20     "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
21     LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
22     A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
23     OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
25     LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
26     DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
27     THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
28     (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
29     OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
30
31 Packet Classification and Access Control
32 ========================================
33
34 The DPDK provides an Access Control library that gives the ability
35 to classify an input packet based on a set of classification rules.
36
37 The ACL library is used to perform an N-tuple search over a set of rules with multiple categories
38 and find the best match (highest priority) for each category.
39 The library API provides the following basic operations:
40
41 *   Create a new Access Control (AC) context.
42
43 *   Add rules into the context.
44
45 *   For all rules in the context, build the runtime structures necessary to perform packet classification.
46
47 *   Perform input packet classifications.
48
49 *   Destroy an AC context and its runtime structures and free the associated memory.
50
51 Overview
52 --------
53
54 The current implementation allows the user for each AC context to specify its own rule (set of fields)
55 over which packet classification will be performed.
56 To define each field inside an AC rule, the following structure is used:
57
58 .. code-block:: c
59
60     struct rte_acl_field_def {
61         uint8_t type;         /*< type - ACL_FIELD_TYPE. */
62         uint8_t size;         /*< size of field 1,2,4, or 8. */
63         uint8_t field_index;  /*< index of field inside the rule. */
64         uint8_t input_index;  /*< 0-N input index. */
65         uint32_t offset;      /*< offset to start of field. */
66     };
67
68 *   type
69     The field type is one of three choices:
70
71     *   _MASK - for fields such as IP addresses that have a value and a mask defining the number of relevant bits.
72
73     *   _RANGE - for fields such as ports that have a lower and upper value for the field.
74
75     *   _BITMASK - for fields such as protocol identifiers that have a value and a bit mask.
76
77 *   size
78     The size parameter defines the length of the field in bytes. Allowable values are 1, 2, 4, or 8 bytes.
79     Note that due to the grouping of input bytes, 1 or 2 byte fields must be defined as consecutive fields
80     that make up 4 consecutive input bytes.
81     Also, it is best to define fields of 8 or more bytes as 4 byte fields so that
82     the build processes can eliminate fields that are all wild.
83
84 *   field_index
85     A zero-based value that represents the position of the field inside the rule; 0 to N-1 for N fields.
86
87 *   input_index
88     For performance reasons, the inner loop of the search function is unrolled to process four input bytes at a time.
89     This requires the input to be grouped into sets of 4 consecutive bytes.
90     The loop processes the first input byte as part of the setup and then
91     subsequent bytes must be in groups of 4 consecutive bytes.
92     The input index specifies to which input group that field belongs to.
93
94 *   offset
95     The offset field defines the offset for the field.
96     This is the offset from the beginning of the buffer parameter for the search.
97
98 For example, to define classification for the following IPv4 5-tuple structure:
99
100 .. code-block:: c
101
102     struct ipv4_5tuple {
103         uint8_t proto;
104         uint32_t ip_src;
105         uint32_t ip_dst;
106         uint16_t port_src;
107         uint16_t port_dst;
108     };
109
110 The following array of field definitions can be used:
111
112 .. code-block:: c
113
114     struct rte_acl_field_def ipv4_defs[5] = {
115         /* first input field - always one byte long. */
116         {
117             .type = RTE_ACL_FIELD_TYPE_BITMASK,
118             .size = sizeof (uint8_t),
119             .field_index = 0,
120             .input_index = 0,
121             .offset = offsetof (struct ipv4_5tuple, proto),
122         },
123
124         /* next input field (IPv4 source address) - 4 consecutive bytes. */
125         {
126             .type = RTE_ACL_FIELD_TYPE_MASK,
127             .size = sizeof (uint32_t),
128             .field_index = 1,
129             .input_index = 1,
130            .offset = offsetof (struct ipv4_5tuple, ip_src),
131         },
132
133         /* next input field (IPv4 destination address) - 4 consecutive bytes. */
134         {
135             .type = RTE_ACL_FIELD_TYPE_MASK,
136             .size = sizeof (uint32_t),
137             .field_index = 2,
138             .input_index = 2,
139            .offset = offsetof (struct ipv4_5tuple, ip_dst),
140         },
141
142         /*
143          * Next 2 fields (src & dst ports) form 4 consecutive bytes.
144          * They share the same input index.
145          */
146         {
147             .type = RTE_ACL_FIELD_TYPE_RANGE,
148             .size = sizeof (uint16_t),
149             .field_index = 3,
150             .input_index = 3,
151             .offset = offsetof (struct ipv4_5tuple, port_src),
152         },
153
154         {
155             .type = RTE_ACL_FIELD_TYPE_RANGE,
156             .size = sizeof (uint16_t),
157             .field_index = 4,
158             .input_index = 3,
159             .offset = offsetof (struct ipv4_5tuple, port_dst),
160         },
161     };
162
163 A typical example of such an IPv4 5-tuple rule is a follows:
164
165 ::
166
167     source addr/mask  destination addr/mask  source ports dest ports protocol/mask
168     192.168.1.0/24    192.168.2.31/32        0:65535      1234:1234  17/0xff
169
170 Any IPv4 packets with protocol ID 17 (UDP), source address 192.168.1.[0-255], destination address 192.168.2.31,
171 source port [0-65535] and destination port 1234 matches the above rule.
172
173 To define classification for the IPv6 2-tuple: <protocol, IPv6 source address> over the following IPv6 header structure:
174
175 .. code-block:: c
176
177     struct struct ipv6_hdr {
178         uint32_t vtc_flow;     /* IP version, traffic class & flow label. */
179         uint16_t payload_len;  /* IP packet length - includes sizeof(ip_header). */
180         uint8_t proto;         /* Protocol, next header. */
181         uint8_t hop_limits;    /* Hop limits. */
182         uint8_t src_addr[16];  /* IP address of source host. */
183         uint8_t dst_addr[16];  /* IP address of destination host(s). */
184     } __attribute__((__packed__));
185
186 The following array of field definitions can be used:
187
188 .. code-block:: c
189
190     struct struct rte_acl_field_def ipv6_2tuple_defs[5] = {
191         {
192             .type = RTE_ACL_FIELD_TYPE_BITMASK,
193             .size = sizeof (uint8_t),
194             .field_index = 0,
195             .input_index = 0,
196             .offset = offsetof (struct ipv6_hdr, proto),
197         },
198
199         {
200             .type = RTE_ACL_FIELD_TYPE_MASK,
201             .size = sizeof (uint32_t),
202             .field_index = 1,
203             .input_index = 1,
204             .offset = offsetof (struct ipv6_hdr, src_addr[0]),
205         },
206
207         {
208             .type = RTE_ACL_FIELD_TYPE_MASK,
209             .size = sizeof (uint32_t),
210             .field_index = 2,
211             .input_index = 2,
212             .offset = offsetof (struct ipv6_hdr, src_addr[4]),
213         },
214
215         {
216             .type = RTE_ACL_FIELD_TYPE_MASK,
217             .size = sizeof (uint32_t),
218             .field_index = 3,
219             .input_index = 3,
220            .offset = offsetof (struct ipv6_hdr, src_addr[8]),
221         },
222
223         {
224            .type = RTE_ACL_FIELD_TYPE_MASK,
225            .size = sizeof (uint32_t),
226            .field_index = 4,
227            .input_index = 4,
228            .offset = offsetof (struct ipv6_hdr, src_addr[12]),
229         },
230     };
231
232 A typical example of such an IPv6 2-tuple rule is a follows:
233
234 ::
235
236     source addr/mask                              protocol/mask
237     2001:db8:1234:0000:0000:0000:0000:0000/48     6/0xff
238
239 Any IPv6 packets with protocol ID 6 (TCP), and source address inside the range
240 [2001:db8:1234:0000:0000:0000:0000:0000 - 2001:db8:1234:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff] matches the above rule.
241
242 When creating a set of rules, for each rule, additional information must be supplied also:
243
244 *   **priority**: A weight to measure the priority of the rules (higher is better).
245     If the input tuple matches more than one rule, then the rule with the higher priority is returned.
246     Note that if the input tuple matches more than one rule and these rules have equal priority,
247     it is undefined which rule is returned as a match.
248     It is recommended to assign a unique priority for each rule.
249
250 *   **category_mask**: Each rule uses a bit mask value to select the relevant category(s) for the rule.
251     When a lookup is performed, the result for each category is returned.
252     This effectively provides a "parallel lookup" by enabling a single search to return multiple results if,
253     for example, there were four different sets of ACL rules, one for access control, one for routing, and so on.
254     Each set could be assigned its own category and by combining them into a single database,
255     one lookup returns a result for each of the four sets.
256
257 *   **userdata**: A user-defined field that could be any value except zero.
258     For each category, a successful match returns the userdata field of the highest priority matched rule.
259
260 .. note::
261
262     When adding new rules into an ACL context, all fields must be in host byte order (LSB).
263     When the search is performed for an input tuple, all fields in that tuple must be in network byte order (MSB).
264
265 Application Programming Interface (API) Usage
266 ---------------------------------------------
267
268 .. note::
269
270     For more details about the Access Control API, please refer to the *DPDK API Reference*.
271
272 The following example demonstrates IPv4, 5-tuple classification for rules defined above
273 with multiple categories in more detail.
274
275 Classify with Multiple Categories
276 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
277
278 .. code-block:: c
279
280     struct rte_acl_ctx * acx;
281     struct rte_acl_config cfg;
282     int ret;
283
284     /* define a structure for the rule with up to 5 fields. */
285
286     RTE_ACL_RULE_DEF(acl_ipv4_rule, RTE_DIM(ipv4_defs));
287
288     /* AC context creation parameters. */
289
290     struct rte_acl_param prm = {
291         .name = "ACL_example",
292         .socket_id = SOCKET_ID_ANY,
293         .rule_size = RTE_ACL_RULE_SZ(RTE_DIM(ipv4_defs)),
294
295         /* number of fields per rule. */
296
297         .max_rule_num = 8, /* maximum number of rules in the AC context. */
298     };
299
300     struct acl_ipv4_rule acl_rules[] = {
301
302         /* matches all packets traveling to 192.168.0.0/16, applies for categories: 0,1 */
303         {
304             .data = {.userdata = 1, .category_mask = 3, .priority = 1},
305
306             /* destination IPv4 */
307             .field[2] = {.value.u32 = IPv4(192,168,0,0),. mask_range.u32 = 16,},
308
309             /* source port */
310             .field[3] = {.value.u16 = 0, .mask_range.u16 = 0xffff,},
311
312             /* destination port */
313            .field[4] = {.value.u16 = 0, .mask_range.u16 = 0xffff,},
314         },
315
316         /* matches all packets traveling to 192.168.1.0/24, applies for categories: 0 */
317         {
318             .data = {.userdata = 2, .category_mask = 1, .priority = 2},
319
320             /* destination IPv4 */
321             .field[2] = {.value.u32 = IPv4(192,168,1,0),. mask_range.u32 = 24,},
322
323             /* source port */
324             .field[3] = {.value.u16 = 0, .mask_range.u16 = 0xffff,},
325
326             /* destination port */
327             .field[4] = {.value.u16 = 0, .mask_range.u16 = 0xffff,},
328         },
329
330         /* matches all packets traveling from 10.1.1.1, applies for categories: 1 */
331         {
332             .data = {.userdata = 3, .category_mask = 2, .priority = 3},
333
334             /* source IPv4 */
335             .field[1] = {.value.u32 = IPv4(10,1,1,1),. mask_range.u32 = 32,},
336
337             /* source port */
338             .field[3] = {.value.u16 = 0, .mask_range.u16 = 0xffff,},
339
340             /* destination port */
341             .field[4] = {.value.u16 = 0, .mask_range.u16 = 0xffff,},
342         },
343
344     };
345
346
347     /* create an empty AC context  */
348
349     if ((acx = rte_acl_create(&prm)) == NULL) {
350
351         /* handle context create failure. */
352
353     }
354
355     /* add rules to the context */
356
357     ret = rte_acl_add_rules(acx, acl_rules, RTE_DIM(acl_rules));
358     if (ret != 0) {
359        /* handle error at adding ACL rules. */
360     }
361
362     /* prepare AC build config. */
363
364     cfg.num_categories = 2;
365     cfg.num_fields = RTE_DIM(ipv4_defs);
366
367     memcpy(cfg.defs, ipv4_defs, sizeof (ipv4_defs));
368
369     /* build the runtime structures for added rules, with 2 categories. */
370
371     ret = rte_acl_build(acx, &cfg);
372     if (ret != 0) {
373        /* handle error at build runtime structures for ACL context. */
374     }
375
376 For a tuple with source IP address: 10.1.1.1 and destination IP address: 192.168.1.15,
377 once the following lines are executed:
378
379 .. code-block:: c
380
381     uint32_t results[4]; /* make classify for 4 categories. */
382
383     rte_acl_classify(acx, data, results, 1, 4);
384
385 then the results[] array contains:
386
387 .. code-block:: c
388
389     results[4] = {2, 3, 0, 0};
390
391 *   For category 0, both rules 1 and 2 match, but rule 2 has higher priority,
392     therefore results[0] contains the userdata for rule 2.
393
394 *   For category 1, both rules 1 and 3 match, but rule 3 has higher priority,
395     therefore results[1] contains the userdata for rule 3.
396
397 *   For categories 2 and 3, there are no matches, so results[2] and results[3] contain zero,
398     which indicates that no matches were found for those categories.
399
400 For a tuple with source IP address: 192.168.1.1 and destination IP address: 192.168.2.11,
401 once the following lines are executed:
402
403 .. code-block:: c
404
405     uint32_t results[4]; /* make classify by 4 categories. */
406
407     rte_acl_classify(acx, data, results, 1, 4);
408
409 the results[] array contains:
410
411 .. code-block:: c
412
413     results[4] = {1, 1, 0, 0};
414
415 *   For categories 0 and 1, only rule 1 matches.
416
417 *   For categories 2 and 3, there are no matches.
418
419 For a tuple with source IP address: 10.1.1.1 and destination IP address: 201.212.111.12,
420 once the following lines are executed:
421
422 .. code-block:: c
423
424     uint32_t results[4]; /* make classify by 4 categories. */
425     rte_acl_classify(acx, data, results, 1, 4);
426
427 the results[] array contains:
428
429 .. code-block:: c
430
431     results[4] = {0, 3, 0, 0};
432
433 *   For category 1, only rule 3 matches.
434
435 *   For categories 0, 2 and 3, there are no matches.