BPF 过滤器失败

Question

谁能说明为什么这个（经典）BPF 程序有时会让非 DHCP 响应的数据包通过：

# Load the Ethertype field
BPF_LD | BPF_H | BPF_ABS    12
# And reject the packet if it's not 0x0800 (IPv4)
BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K   0x0800    0    8

# Load the IP protocol field
BPF_LD | BPF_B | BPF_ABS    23
# And reject the packet if it's not 17 (UDP)
BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K   17        0    6

# Check that the packet has not been fragmented
BPF_LD | BPF_H | BPF_ABS    20
BPF_JMP | BPF_JSET | BPF_K  0x1fff    4    0

# Load the IP header length field
BPF_LDX | BPF_B | BPF_MSH   14
# And load that offset + 16 to get the UDP destination port
BPF_LD | BPF_IND | BPF_H    16
# And reject the packet if the destination port is not 68
BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K   68        0    1

# Accept the frame
BPF_RET | BPF_K             1500
# Reject the frame
BPF_RET | BPF_K             0

它不会让每一帧都通过，但在繁重的网络负载下它经常失败。我正在使用这个 Python 3 程序对其进行测试：

import ctypes
import struct
import socket
ETH_P_ALL = 0x0003
SO_ATTACH_FILTER = 26
SO_ATTACH_BPF = 50
filters = [
0x28, 0x00, 0x00, 0x00, 0x0c, 0x00, 0x00, 0x00,  0x15, 0x00, 0x00, 0x08, 0x00, 0x08, 0x00, 0x00,
0x30, 0x00, 0x00, 0x00, 0x17, 0x00, 0x00, 0x00,  0x15, 0x00, 0x00, 0x06, 0x11, 0x00, 0x00, 0x00,
0x28, 0x00, 0x00, 0x00, 0x14, 0x00, 0x00, 0x00,  0x45, 0x00, 0x04, 0x00, 0xff, 0x1f, 0x00, 0x00,
0xb1, 0x00, 0x00, 0x00, 0x0e, 0x00, 0x00, 0x00,  0x48, 0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x00, 0x00, 0x00,
0x15, 0x00, 0x00, 0x01, 0x44, 0x00, 0x00, 0x00,  0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0xdc, 0x05, 0x00, 0x00,
0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
]

filters = bytes(filters)

b = ctypes.create_string_buffer(filters)
mem_addr_of_filters = ctypes.addressof(b)
pf = struct.pack("HL", 11, mem_addr_of_filters)
pf = bytes(pf)

def main():                                                                                     
    sock = socket.socket(socket.AF_PACKET, socket.SOCK_RAW, socket.htons(ETH_P_ALL))            
    sock.bind(("eth0", ETH_P_ALL))                                                              
    sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, SO_ATTACH_FILTER, pf)                                    
#    sock.send(req)                                                                             
    sock.settimeout(1)                                                                          
    try:                                                                                        
        data = sock.recv(1500)                                                                  
                                                                                                
        if data[35] == 0x43:                                                                    
            return                                                                              
        print('Packet got through: 0x{:02x} 0x{:02x}, 0x{:02x}, 0x{:02x}'.format(data[12], data[13], data
    except:                   
        print('Timeout')                                                            
        return                                              
    sock.close()                                            
                              
for ii in range(1000):                                                                                   
    main()                    

如果我在将大核心文件 SCP 到运行该脚本的主机时执行此操作，则在大多数（但不是全部）情况下，它不会达到一秒超时。在较轻的负载下，故障要少得多——例如，在套接字接收时在 ssh 链接上转来转去；有时它会通过 1000 次迭代而不会失败。

有问题的主机是 Linux 4.9.0。内核有CONFIG_BPF=y。

编辑

对于同一个问题的更简单的版本，为什么这个 BPF 程序完全允许任何数据包通过：

BPF_RET | BPF_K    0

编辑 2 上面的测试是在 ARM64 机器上进行的。我已经在 amd64 / Linux 5.9.0 上重新测试过。我仍然看到失败，尽管没有那么多。

Answer 1

我得到了a response on LKML 的解释。

问题是过滤器是在帧到达接口时应用的，而不是在它通过recv() 传递到用户空间时应用的。因此，在重负载下，帧在使用socket.socket(socket.AF_PACKET, socket.SOCK_RAW, socket.htons(ETH_P_ALL)) 创建套接字和使用sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, SO_ATTACH_FILTER, pf) 应用过滤器之间到达。这些帧位于队列中；一旦应用了过滤器，后续到达的数据包就会应用过滤器。

因此，一旦应用了过滤器，就必须先从套接字中“排出”所有排队的帧，然后才能依赖过滤器。