doc/guides/sample_app_ug/ipsec_secgw.rst

   1 ..  BSD LICENSE
   2     Copyright(c) 2016 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 IPsec Security Gateway Sample Application
  32 =========================================
  33
  34 The IPsec Security Gateway application is an example of a "real world"
  35 application using DPDK cryptodev framework.
  36
  37 Overview
  38 --------
  39
  40 The application demonstrates the implementation of a Security Gateway
  41 (not IPsec compliant, see the Constraints section below) using DPDK based on RFC4301,
  42 RFC4303, RFC3602 and RFC2404.
  43
  44 Internet Key Exchange (IKE) is not implemented, so only manual setting of
  45 Security Policies and Security Associations is supported.
  46
  47 The Security Policies (SP) are implemented as ACL rules, the Security
  48 Associations (SA) are stored in a table and the routing is implemented
  49 using LPM.
  50
  51 The application classifies the ports as *Protected* and *Unprotected*.
  52 Thus, traffic received on an Unprotected or Protected port is consider
  53 Inbound or Outbound respectively.
  54
  55 The Path for IPsec Inbound traffic is:
  56
  57 *  Read packets from the port.
  58 *  Classify packets between IPv4 and ESP.
  59 *  Perform Inbound SA lookup for ESP packets based on their SPI.
  60 *  Perform Verification/Decryption.
  61 *  Remove ESP and outer IP header
  62 *  Inbound SP check using ACL of decrypted packets and any other IPv4 packets.
  63 *  Routing.
  64 *  Write packet to port.
  65
  66 The Path for the IPsec Outbound traffic is:
  67
  68 *  Read packets from the port.
  69 *  Perform Outbound SP check using ACL of all IPv4 traffic.
  70 *  Perform Outbound SA lookup for packets that need IPsec protection.
  71 *  Add ESP and outer IP header.
  72 *  Perform Encryption/Digest.
  73 *  Routing.
  74 *  Write packet to port.
  75
  76
  77 Constraints
  78 -----------
  79
  80 *  No IPv6 options headers.
  81 *  No AH mode.
  82 *  Supported algorithms: AES-CBC, AES-CTR, AES-GCM, HMAC-SHA1 and NULL.
  83 *  Each SA must be handle by a unique lcore (*1 RX queue per port*).
  84 *  No chained mbufs.
  85
  86
  87 Compiling the Application
  88 -------------------------
  89
  90 To compile the application:
  91
  92 #. Go to the sample application directory::
  93
  94       export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
  95       cd ${RTE_SDK}/examples/ipsec-secgw
  96
  97 #. Set the target (a default target is used if not specified). For example::
  98
  99
 100       export RTE_TARGET=x86_64-native-linuxapp-gcc
 101
 102    See the *DPDK Getting Started Guide* for possible RTE_TARGET values.
 103
 104 #. Build the application::
 105
 106        make
 107
 108 #. [Optional] Build the application for debugging:
 109    This option adds some extra flags, disables compiler optimizations and
 110    is verbose::
 111
 112        make DEBUG=1
 113
 114
 115 Running the Application
 116 -----------------------
 117
 118 The application has a number of command line options::
 119
 120
 121    ./build/ipsec-secgw [EAL options] --
 122                         -p PORTMASK -P -u PORTMASK
 123                         --config (port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore]
 124                         --single-sa SAIDX
 125                         -f CONFIG_FILE_PATH
 126
 127 Where:
 128
 129 *   ``-p PORTMASK``: Hexadecimal bitmask of ports to configure.
 130
 131 *   ``-P``: *optional*. Sets all ports to promiscuous mode so that packets are
 132     accepted regardless of the packet's Ethernet MAC destination address.
 133     Without this option, only packets with the Ethernet MAC destination address
 134     set to the Ethernet address of the port are accepted (default is enabled).
 135
 136 *   ``-u PORTMASK``: hexadecimal bitmask of unprotected ports
 137
 138 *   ``--config (port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore)]``: determines which queues
 139     from which ports are mapped to which cores.
 140
 141 *   ``--single-sa SAIDX``: use a single SA for outbound traffic, bypassing the SP
 142     on both Inbound and Outbound. This option is meant for debugging/performance
 143     purposes.
 144
 145 *   ``-f CONFIG_FILE_PATH``: the full path of text-based file containing all
 146     configuration items for running the application (See Configuration file
 147     syntax section below). ``-f CONFIG_FILE_PATH`` **must** be specified.
 148     **ONLY** the UNIX format configuration file is accepted.
 149
 150
 151 The mapping of lcores to port/queues is similar to other l3fwd applications.
 152
 153 For example, given the following command line::
 154
 155     ./build/ipsec-secgw -l 20,21 -n 4 --socket-mem 0,2048       \
 156            --vdev "cryptodev_null_pmd" -- -p 0xf -P -u 0x3      \
 157            --config="(0,0,20),(1,0,20),(2,0,21),(3,0,21)"       \
 158            -f /path/to/config_file                              \
 159
 160 where each options means:
 161
 162 *   The ``-l`` option enables cores 20 and 21.
 163
 164 *   The ``-n`` option sets memory 4 channels.
 165
 166 *   The ``--socket-mem`` to use 2GB on socket 1.
 167
 168 *   The ``--vdev "cryptodev_null_pmd"`` option creates virtual NULL cryptodev PMD.
 169
 170 *   The ``-p`` option enables ports (detected) 0, 1, 2 and 3.
 171
 172 *   The ``-P`` option enables promiscuous mode.
 173
 174 *   The ``-u`` option sets ports 1 and 2 as unprotected, leaving 2 and 3 as protected.
 175
 176 *   The ``--config`` option enables one queue per port with the following mapping:
 177
 178     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 179     | **Port** | **Queue** | **lcore** | **Description**                       |
 180     |          |           |           |                                       |
 181     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 182     | 0        | 0         | 20        | Map queue 0 from port 0 to lcore 20.  |
 183     |          |           |           |                                       |
 184     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 185     | 1        | 0         | 20        | Map queue 0 from port 1 to lcore 20.  |
 186     |          |           |           |                                       |
 187     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 188     | 2        | 0         | 21        | Map queue 0 from port 2 to lcore 21.  |
 189     |          |           |           |                                       |
 190     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 191     | 3        | 0         | 21        | Map queue 0 from port 3 to lcore 21.  |
 192     |          |           |           |                                       |
 193     +----------+-----------+-----------+---------------------------------------+
 194
 195 *   The ``-f /path/to/config_file`` option enables the application read and
 196     parse the configuration file specified, and configures the application
 197     with a given set of SP, SA and Routing entries accordingly. The syntax of
 198     the configuration file will be explained below in more detail. Please
 199     **note** the parser only accepts UNIX format text file. Other formats
 200     such as DOS/MAC format will cause a parse error.
 201
 202 Refer to the *DPDK Getting Started Guide* for general information on running
 203 applications and the Environment Abstraction Layer (EAL) options.
 204
 205 The application would do a best effort to "map" crypto devices to cores, with
 206 hardware devices having priority. Basically, hardware devices if present would
 207 be assigned to a core before software ones.
 208 This means that if the application is using a single core and both hardware
 209 and software crypto devices are detected, hardware devices will be used.
 210
 211 A way to achieve the case where you want to force the use of virtual crypto
 212 devices is to whitelist the Ethernet devices needed and therefore implicitly
 213 blacklisting all hardware crypto devices.
 214
 215 For example, something like the following command line:
 216
 217 .. code-block:: console
 218
 219     ./build/ipsec-secgw -l 20,21 -n 4 --socket-mem 0,2048 \
 220             -w 81:00.0 -w 81:00.1 -w 81:00.2 -w 81:00.3 \
 221             --vdev "cryptodev_aesni_mb_pmd" --vdev "cryptodev_null_pmd" \
 222             -- \
 223             -p 0xf -P -u 0x3 --config="(0,0,20),(1,0,20),(2,0,21),(3,0,21)" \
 224             -f sample.cfg
 225
 226
 227 Configurations
 228 --------------
 229
 230 The following sections provide the syntax of configurations to initialize
 231 your SP, SA and Routing tables.
 232 Configurations shall be specified in the configuration file to be passed to
 233 the application. The file is then parsed by the application. The successful
 234 parsing will result in the appropriate rules being applied to the tables
 235 accordingly.
 236
 237
 238 Configuration File Syntax
 239 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 240
 241 As mention in the overview, the Security Policies are ACL rules.
 242 The application parsers the rules specified in the configuration file and
 243 passes them to the ACL table, and replicates them per socket in use.
 244
 245 Following are the configuration file syntax.
 246
 247 General rule syntax
 248 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 249
 250 The parse treats one line in the configuration file as one configuration
 251 item (unless the line concatenation symbol exists). Every configuration
 252 item shall follow the syntax of either SP, SA, or Routing rules specified
 253 below.
 254
 255 The configuration parser supports the following special symbols:
 256
 257  * Comment symbol **#**. Any character from this symbol to the end of
 258    line is treated as comment and will not be parsed.
 259
 260  * Line concatenation symbol **\\**. This symbol shall be placed in the end
 261    of the line to be concatenated to the line below. Multiple lines'
 262    concatenation is supported.
 263
 264
 265 SP rule syntax
 266 ^^^^^^^^^^^^^^
 267
 268 The SP rule syntax is shown as follows:
 269
 270 .. code-block:: console
 271
 272     sp <ip_ver> <dir> esp <action> <priority> <src_ip> <dst_ip>
 273     <proto> <sport> <dport>
 274
 275
 276 where each options means:
 277
 278 ``<ip_ver>``
 279
 280  * IP protocol version
 281
 282  * Optional: No
 283
 284  * Available options:
 285
 286    * *ipv4*: IP protocol version 4
 287    * *ipv6*: IP protocol version 6
 288
 289 ``<dir>``
 290
 291  * The traffic direction
 292
 293  * Optional: No
 294
 295  * Available options:
 296
 297    * *in*: inbound traffic
 298    * *out*: outbound traffic
 299
 300 ``<action>``
 301
 302  * IPsec action
 303
 304  * Optional: No
 305
 306  * Available options:
 307
 308    * *protect <SA_idx>*: the specified traffic is protected by SA rule
 309      with id SA_idx
 310    * *bypass*: the specified traffic traffic is bypassed
 311    * *discard*: the specified traffic is discarded
 312
 313 ``<priority>``
 314
 315  * Rule priority
 316
 317  * Optional: Yes, default priority 0 will be used
 318
 319  * Syntax: *pri <id>*
 320
 321 ``<src_ip>``
 322
 323  * The source IP address and mask
 324
 325  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 and mask of 0 will be used
 326
 327  * Syntax:
 328
 329    * *src X.X.X.X/Y* for IPv4
 330    * *src XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX/Y* for IPv6
 331
 332 ``<dst_ip>``
 333
 334  * The destination IP address and mask
 335
 336  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 and mask of 0 will be used
 337
 338  * Syntax:
 339
 340    * *dst X.X.X.X/Y* for IPv4
 341    * *dst XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX/Y* for IPv6
 342
 343 ``<proto>``
 344
 345  * The protocol start and end range
 346
 347  * Optional: yes, default range of 0 to 0 will be used
 348
 349  * Syntax: *proto X:Y*
 350
 351 ``<sport>``
 352
 353  * The source port start and end range
 354
 355  * Optional: yes, default range of 0 to 0 will be used
 356
 357  * Syntax: *sport X:Y*
 358
 359 ``<dport>``
 360
 361  * The destination port start and end range
 362
 363  * Optional: yes, default range of 0 to 0 will be used
 364
 365  * Syntax: *dport X:Y*
 366
 367 Example SP rules:
 368
 369 .. code-block:: console
 370
 371     sp ipv4 out esp protect 105 pri 1 dst 192.168.115.0/24 sport 0:65535 \
 372     dport 0:65535
 373
 374     sp ipv6 in esp bypass pri 1 dst 0000:0000:0000:0000:5555:5555:\
 375     0000:0000/96 sport 0:65535 dport 0:65535
 376
 377
 378 SA rule syntax
 379 ^^^^^^^^^^^^^^
 380
 381 The successfully parsed SA rules will be stored in an array table.
 382
 383 The SA rule syntax is shown as follows:
 384
 385 .. code-block:: console
 386
 387     sa <dir> <spi> <cipher_algo> <cipher_key> <auth_algo> <auth_key>
 388     <mode> <src_ip> <dst_ip>
 389
 390 where each options means:
 391
 392 ``<dir>``
 393
 394  * The traffic direction
 395
 396  * Optional: No
 397
 398  * Available options:
 399
 400    * *in*: inbound traffic
 401    * *out*: outbound traffic
 402
 403 ``<spi>``
 404
 405  * The SPI number
 406
 407  * Optional: No
 408
 409  * Syntax: unsigned integer number
 410
 411 ``<cipher_algo>``
 412
 413  * Cipher algorithm
 414
 415  * Optional: No
 416
 417  * Available options:
 418
 419    * *null*: NULL algorithm
 420    * *aes-128-cbc*: AES-CBC 128-bit algorithm
 421    * *aes-128-ctr*: AES-CTR 128-bit algorithm
 422    * *aes-128-gcm*: AES-GCM 128-bit algorithm
 423
 424  * Syntax: *cipher_algo <your algorithm>*
 425
 426 ``<cipher_key>``
 427
 428  * Cipher key, NOT available when 'null' algorithm is used
 429
 430  * Optional: No, must followed by <cipher_algo> option
 431
 432  * Syntax: Hexadecimal bytes (0x0-0xFF) concatenate by colon symbol ':'.
 433    The number of bytes should be as same as the specified cipher algorithm
 434    key size.
 435
 436    For example: *cipher_key A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:
 437    A1:B2:C3:D4*
 438
 439 ``<auth_algo>``
 440
 441  * Authentication algorithm
 442
 443  * Optional: No
 444
 445  * Available options:
 446
 447     * *null*: NULL algorithm
 448     * *sha1-hmac*: HMAC SHA1 algorithm
 449     * *aes-128-gcm*: AES-GCM 128-bit algorithm
 450
 451 ``<auth_key>``
 452
 453  * Authentication key, NOT available when 'null' or 'aes-128-gcm' algorithm
 454    is used.
 455
 456  * Optional: No, must followed by <auth_algo> option
 457
 458  * Syntax: Hexadecimal bytes (0x0-0xFF) concatenate by colon symbol ':'.
 459    The number of bytes should be as same as the specified authentication
 460    algorithm key size.
 461
 462    For example: *auth_key A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:A1:B2:C3:D4:
 463    A1:B2:C3:D4*
 464
 465 ``<mode>``
 466
 467  * The operation mode
 468
 469  * Optional: No
 470
 471  * Available options:
 472
 473    * *ipv4-tunnel*: Tunnel mode for IPv4 packets
 474    * *ipv6-tunnel*: Tunnel mode for IPv6 packets
 475    * *transport*: transport mode
 476
 477  * Syntax: mode XXX
 478
 479 ``<src_ip>``
 480
 481  * The source IP address. This option is not available when
 482    transport mode is used
 483
 484  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 will be used
 485
 486  * Syntax:
 487
 488    * *src X.X.X.X* for IPv4
 489    * *src XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX* for IPv6
 490
 491 ``<dst_ip>``
 492
 493  * The destination IP address. This option is not available when
 494    transport mode is used
 495
 496  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 will be used
 497
 498  * Syntax:
 499
 500    * *dst X.X.X.X* for IPv4
 501    * *dst XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX* for IPv6
 502
 503 Example SA rules:
 504
 505 .. code-block:: console
 506
 507     sa out 5 cipher_algo null auth_algo null mode ipv4-tunnel \
 508     src 172.16.1.5 dst 172.16.2.5
 509
 510     sa out 25 cipher_algo aes-128-cbc \
 511     cipher_key c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3 \
 512     auth_algo sha1-hmac \
 513     auth_key c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3:c3 \
 514     mode ipv6-tunnel \
 515     src 1111:1111:1111:1111:1111:1111:1111:5555 \
 516     dst 2222:2222:2222:2222:2222:2222:2222:5555
 517
 518     sa in 105 cipher_algo aes-128-gcm \
 519     cipher_key de:ad:be:ef:de:ad:be:ef:de:ad:be:ef:de:ad:be:ef:de:ad:be:ef \
 520     auth_algo aes-128-gcm \
 521     mode ipv4-tunnel src 172.16.2.5 dst 172.16.1.5
 522
 523 Routing rule syntax
 524 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 525
 526 The Routing rule syntax is shown as follows:
 527
 528 .. code-block:: console
 529
 530     rt <ip_ver> <src_ip> <dst_ip> <port>
 531
 532
 533 where each options means:
 534
 535 ``<ip_ver>``
 536
 537  * IP protocol version
 538
 539  * Optional: No
 540
 541  * Available options:
 542
 543    * *ipv4*: IP protocol version 4
 544    * *ipv6*: IP protocol version 6
 545
 546 ``<src_ip>``
 547
 548  * The source IP address and mask
 549
 550  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 and mask of 0 will be used
 551
 552  * Syntax:
 553
 554    * *src X.X.X.X/Y* for IPv4
 555    * *src XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX/Y* for IPv6
 556
 557 ``<dst_ip>``
 558
 559  * The destination IP address and mask
 560
 561  * Optional: Yes, default address 0.0.0.0 and mask of 0 will be used
 562
 563  * Syntax:
 564
 565    * *dst X.X.X.X/Y* for IPv4
 566    * *dst XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX/Y* for IPv6
 567
 568 ``<port>``
 569
 570  * The traffic output port id
 571
 572  * Optional: yes, default output port 0 will be used
 573
 574  * Syntax: *port X*
 575
 576 Example SP rules:
 577
 578 .. code-block:: console
 579
 580     rt ipv4 dst 172.16.1.5/32 port 0
 581
 582     rt ipv6 dst 1111:1111:1111:1111:1111:1111:1111:5555/116 port 0