Remove redundant .Pp macros right before .El, .Sh and .Ss.
[dragonfly.git] / share / man / man4 / multicast.4
1 .\" Copyright (c) 2001-2003 International Computer Science Institute
2 .\"
3 .\" Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
4 .\" copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
5 .\" to deal in the Software without restriction, including without limitation
6 .\" the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
7 .\" and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
8 .\" Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
9 .\"
10 .\" The above copyright notice and this permission notice shall be included in
11 .\" all copies or substantial portions of the Software.
12 .\"
13 .\" The names and trademarks of copyright holders may not be used in
14 .\" advertising or publicity pertaining to the software without specific
15 .\" prior permission. Title to copyright in this software and any associated
16 .\" documentation will at all times remain with the copyright holders.
17 .\"
18 .\" THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
19 .\" IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
20 .\" FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
21 .\" AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
22 .\" LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
23 .\" FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER
24 .\" DEALINGS IN THE SOFTWARE.
25 .\"
26 .\" $FreeBSD: /repoman/r/ncvs/src/share/man/man4/multicast.4,v 1.1 2003/10/17 15:12:01 bmah Exp $
27 .\" $DragonFly: src/share/man/man4/multicast.4,v 1.3 2006/03/26 22:56:57 swildner Exp $
28 .\"
29 .Dd September 4, 2003
30 .Dt MULTICAST 4
31 .Os
32 .\"
33 .Sh NAME
34 .Nm multicast
35 .Nd Multicast Routing
36 .\"
37 .Sh SYNOPSIS
38 .Cd "options MROUTING"
39 .Pp
40 .In sys/types.h
41 .In sys/socket.h
42 .In netinet/in.h
43 .In netinet/ip_mroute.h
44 .In netinet6/ip6_mroute.h
45 .Ft int
46 .Fn getsockopt "int s" IPPROTO_IP MRT_INIT "void *optval" "socklen_t *optlen"
47 .Ft int
48 .Fn setsockopt "int s" IPPROTO_IP MRT_INIT "const void *optval" "socklen_t optlen"
49 .Ft int
50 .Fn getsockopt "int s" IPPROTO_IPV6 MRT6_INIT "void *optval" "socklen_t *optlen"
51 .Ft int
52 .Fn setsockopt "int s" IPPROTO_IPV6 MRT6_INIT "const void *optval" "socklen_t optlen"
53 .Sh DESCRIPTION
54 .Tn "Multicast routing"
55 is used to efficiently propagate data
56 packets to a set of multicast listeners in multipoint networks.
57 If unicast is used to replicate the data to all listeners,
58 then some of the network links may carry multiple copies of the same
59 data packets.
60 With multicast routing, the overhead is reduced to one copy
61 (at most) per network link.
62 .Pp
63 All multicast-capable routers must run a common multicast routing
64 protocol.
65 The Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP)
66 was the first developed multicast routing protocol.
67 Later, other protocols such as Multicast Extensions to OSPF (MOSPF),
68 Core Based Trees (CBT),
69 Protocol Independent Multicast - Sparse Mode (PIM-SM),
70 and Protocol Independent Multicast - Dense Mode (PIM-DM)
71 were developed as well.
72 .Pp
73 To start multicast routing,
74 the user must enable multicast forwarding in the kernel
75 (see
76 .Sx SYNOPSIS
77 about the kernel configuration options),
78 and must run a multicast routing capable user-level process.
79 From developer's point of view,
80 the programming guide described in the
81 .Sx "Programming Guide"
82 section should be used to control the multicast forwarding in the kernel.
83 .\"
84 .Ss Programming Guide
85 This section provides information about the basic multicast routing API.
86 The so-called
87 .Dq advanced multicast API
88 is described in the
89 .Sx "Advanced Multicast API Programming Guide"
90 section.
91 .Pp
92 First, a multicast routing socket must be open.
93 That socket would be used
94 to control the multicast forwarding in the kernel.
95 Note that most operations below require certain privilege
96 (i.e., root privilege):
97 .Pp
98 .Bd -literal
99 /* IPv4 */
100 int mrouter_s4;
101 mrouter_s4 = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IGMP);
102 .Ed
103 .Pp
104 .Bd -literal
105 int mrouter_s6;
106 mrouter_s6 = socket(AF_INET6, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMPV6);
107 .Ed
108 .Pp
109 Note that if the router needs to open an IGMP or ICMPv6 socket
110 (in case of IPv4 and IPv6 respectively)
111 for sending or receiving of IGMP or MLD multicast group membership messages,
112 then the same mrouter_s4 or mrouter_s6 sockets should be used
113 for sending and receiving respectively IGMP or MLD messages.
114 In case of BSD-derived kernel, it may be possible to open separate sockets
115 for IGMP or MLD messages only.
116 However, some other kernels (e.g., Linux) require that the multicast
117 routing socket must be used for sending and receiving of IGMP or MLD
118 messages.
119 Therefore, for portability reason the multicast
120 routing socket should be reused for IGMP and MLD messages as well.
121 .Pp
122 After the multicast routing socket is open, it can be used to enable
123 or disable multicast forwarding in the kernel:
124 .Bd -literal
125 /* IPv4 */
126 int v = 1;        /* 1 to enable, or 0 to disable */
127 setsockopt(mrouter_s4, IPPROTO_IP, MRT_INIT, (void *)&v, sizeof(v));
128 .Ed
129 .Pp
130 .Bd -literal
131 /* IPv6 */
132 int v = 1;        /* 1 to enable, or 0 to disable */
133 setsockopt(mrouter_s6, IPPROTO_IPV6, MRT6_INIT, (void *)&v, sizeof(v));
134 \&...
135 /* If necessary, filter all ICMPv6 messages */
136 struct icmp6_filter filter;
137 ICMP6_FILTER_SETBLOCKALL(&filter);
138 setsockopt(mrouter_s6, IPPROTO_ICMPV6, ICMP6_FILTER, (void *)&filter,
139            sizeof(filter));
140 .Ed
141 .Pp
142 After multicast forwarding is enabled, the multicast routing socket
143 can be used to enable PIM processing in the kernel if we are running PIM-SM or
144 PIM-DM
145 (see
146 .Xr pim 4 ) .
147 .Pp
148 For each network interface (e.g., physical or a virtual tunnel)
149 that would be used for multicast forwarding, a corresponding
150 multicast interface must be added to the kernel:
151 .Bd -literal
152 /* IPv4 */
153 struct vifctl vc;
154 memset(&vc, 0, sizeof(vc));
155 /* Assign all vifctl fields as appropriate */
156 vc.vifc_vifi = vif_index;
157 vc.vifc_flags = vif_flags;
158 vc.vifc_threshold = min_ttl_threshold;
159 vc.vifc_rate_limit = max_rate_limit;
160 memcpy(&vc.vifc_lcl_addr, &vif_local_address, sizeof(vc.vifc_lcl_addr));
161 if (vc.vifc_flags & VIFF_TUNNEL)
162     memcpy(&vc.vifc_rmt_addr, &vif_remote_address,
163            sizeof(vc.vifc_rmt_addr));
164 setsockopt(mrouter_s4, IPPROTO_IP, MRT_ADD_VIF, (void *)&vc,
165            sizeof(vc));
166 .Ed
167 .Pp
168 The
169 .Dq vif_index
170 must be unique per vif.
171 The
172 .Dq vif_flags
173 contains the
174 .Dq VIFF_*
175 flags as defined in <netinet/ip_mroute.h>.
176 The
177 .Dq min_ttl_threshold
178 contains the minimum TTL a multicast data packet must have to be
179 forwarded on that vif.
180 Typically, it would have value of 1.
181 The
182 .Dq max_rate_limit
183 contains the maximum rate (in bits/s) of the multicast data packets forwarded
184 on that vif.
185 Value of 0 means no limit.
186 The
187 .Dq vif_local_address
188 contains the local IP address of the corresponding local interface.
189 The
190 .Dq vif_remote_address
191 contains the remote IP address in case of DVMRP multicast tunnels.
192 .Pp
193 .Bd -literal
194 /* IPv6 */
195 struct mif6ctl mc;
196 memset(&mc, 0, sizeof(mc));
197 /* Assign all mif6ctl fields as appropriate */
198 mc.mif6c_mifi = mif_index;
199 mc.mif6c_flags = mif_flags;
200 mc.mif6c_pifi = pif_index;
201 setsockopt(mrouter_s6, IPPROTO_IPV6, MRT6_ADD_MIF, (void *)&mc,
202            sizeof(mc));
203 .Ed
204 .Pp
205 The
206 .Dq mif_index
207 must be unique per vif.
208 The
209 .Dq mif_flags
210 contains the
211 .Dq MIFF_*
212 flags as defined in <netinet6/ip6_mroute.h>.
213 The
214 .Dq pif_index
215 is the physical interface index of the corresponding local interface.
216 .Pp
217 A multicast interface is deleted by:
218 .Bd -literal
219 /* IPv4 */
220 vifi_t vifi = vif_index;
221 setsockopt(mrouter_s4, IPPROTO_IP, MRT_DEL_VIF, (void *)&vifi,
222            sizeof(vifi));
223 .Ed
224 .Pp
225 .Bd -literal
226 /* IPv6 */
227 mifi_t mifi = mif_index;
228 setsockopt(mrouter_s6, IPPROTO_IPV6, MRT6_DEL_MIF, (void *)&mifi,
229            sizeof(mifi));
230 .Ed
231 .Pp
232 After the multicast forwarding is enabled, and the multicast virtual
233 interfaces are
234 added, the kernel may deliver upcall messages (also called signals
235 later in this text) on the multicast routing socket that was open
236 earlier with
237 .Dq MRT_INIT
238 or
239 .Dq MRT6_INIT .
240 The IPv4 upcalls have
241 .Dq struct igmpmsg
242 header (see <netinet/ip_mroute.h>) with field
243 .Dq im_mbz
244 set to zero.
245 Note that this header follows the structure of
246 .Dq struct ip
247 with the protocol field
248 .Dq ip_p
249 set to zero.
250 The IPv6 upcalls have
251 .Dq struct mrt6msg
252 header (see <netinet6/ip6_mroute.h>) with field
253 .Dq im6_mbz
254 set to zero.
255 Note that this header follows the structure of
256 .Dq struct ip6_hdr
257 with the next header field
258 .Dq ip6_nxt
259 set to zero.
260 .Pp
261 The upcall header contains field
262 .Dq im_msgtype
263 and
264 .Dq im6_msgtype
265 with the type of the upcall
266 .Dq IGMPMSG_*
267 and
268 .Dq MRT6MSG_*
269 for IPv4 and IPv6 respectively.
270 The values of the rest of the upcall header fields
271 and the body of the upcall message depend on the particular upcall type.
272 .Pp
273 If the upcall message type is
274 .Dq IGMPMSG_NOCACHE
275 or
276 .Dq MRT6MSG_NOCACHE ,
277 this is an indication that a multicast packet has reached the multicast
278 router, but the router has no forwarding state for that packet.
279 Typically, the upcall would be a signal for the multicast routing
280 user-level process to install the appropriate Multicast Forwarding
281 Cache (MFC) entry in the kernel.
282 .Pp
283 A MFC entry is added by:
284 .Bd -literal
285 /* IPv4 */
286 struct mfcctl mc;
287 memset(&mc, 0, sizeof(mc));
288 memcpy(&mc.mfcc_origin, &source_addr, sizeof(mc.mfcc_origin));
289 memcpy(&mc.mfcc_mcastgrp, &group_addr, sizeof(mc.mfcc_mcastgrp));
290 mc.mfcc_parent = iif_index;
291 for (i = 0; i < maxvifs; i++)
292     mc.mfcc_ttls[i] = oifs_ttl[i];
293 setsockopt(mrouter_s4, IPPROTO_IP, MRT_ADD_MFC,
294            (void *)&mc, sizeof(mc));
295 .Ed
296 .Pp
297 .Bd -literal
298 /* IPv6 */
299 struct mf6cctl mc;
300 memset(&mc, 0, sizeof(mc));
301 memcpy(&mc.mf6cc_origin, &source_addr, sizeof(mc.mf6cc_origin));
302 memcpy(&mc.mf6cc_mcastgrp, &group_addr, sizeof(mf6cc_mcastgrp));
303 mc.mf6cc_parent = iif_index;
304 for (i = 0; i < maxvifs; i++)
305     if (oifs_ttl[i] > 0)
306         IF_SET(i, &mc.mf6cc_ifset);
307 setsockopt(mrouter_s4, IPPROTO_IPV6, MRT6_ADD_MFC,
308            (void *)&mc, sizeof(mc));
309 .Ed
310 .Pp
311 The
312 .Dq source_addr
313 and
314 .Dq group_addr
315 are the source and group address of the multicast packet (as set
316 in the upcall message).
317 The
318 .Dq iif_index
319 is the virtual interface index of the multicast interface the multicast
320 packets for this specific source and group address should be received on.
321 The
322 .Dq oifs_ttl[]
323 array contains the minimum TTL (per interface) a multicast packet
324 should have to be forwarded on an outgoing interface.
325 If the TTL value is zero, the corresponding interface is not included
326 in the set of outgoing interfaces.
327 Note that in case of IPv6 only the set of outgoing interfaces can
328 be specified.
329 .Pp
330 A MFC entry is deleted by:
331 .Bd -literal
332 /* IPv4 */
333 struct mfcctl mc;
334 memset(&mc, 0, sizeof(mc));
335 memcpy(&mc.mfcc_origin, &source_addr, sizeof(mc.mfcc_origin));
336 memcpy(&mc.mfcc_mcastgrp, &group_addr, sizeof(mc.mfcc_mcastgrp));
337 setsockopt(mrouter_s4, IPPROTO_IP, MRT_DEL_MFC,
338            (void *)&mc, sizeof(mc));
339 .Ed
340 .Pp
341 .Bd -literal
342 /* IPv6 */
343 struct mf6cctl mc;
344 memset(&mc, 0, sizeof(mc));
345 memcpy(&mc.mf6cc_origin, &source_addr, sizeof(mc.mf6cc_origin));
346 memcpy(&mc.mf6cc_mcastgrp, &group_addr, sizeof(mf6cc_mcastgrp));
347 setsockopt(mrouter_s4, IPPROTO_IPV6, MRT6_DEL_MFC,
348            (void *)&mc, sizeof(mc));
349 .Ed
350 .Pp
351 The following method can be used to get various statistics per
352 installed MFC entry in the kernel (e.g., the number of forwarded
353 packets per source and group address):
354 .Bd -literal
355 /* IPv4 */
356 struct sioc_sg_req sgreq;
357 memset(&sgreq, 0, sizeof(sgreq));
358 memcpy(&sgreq.src, &source_addr, sizeof(sgreq.src));
359 memcpy(&sgreq.grp, &group_addr, sizeof(sgreq.grp));
360 ioctl(mrouter_s4, SIOCGETSGCNT, &sgreq);
361 .Ed
362 .Pp
363 .Bd -literal
364 /* IPv6 */
365 struct sioc_sg_req6 sgreq;
366 memset(&sgreq, 0, sizeof(sgreq));
367 memcpy(&sgreq.src, &source_addr, sizeof(sgreq.src));
368 memcpy(&sgreq.grp, &group_addr, sizeof(sgreq.grp));
369 ioctl(mrouter_s6, SIOCGETSGCNT_IN6, &sgreq);
370 .Ed
371 .Pp
372 The following method can be used to get various statistics per
373 multicast virtual interface in the kernel (e.g., the number of forwarded
374 packets per interface):
375 .Bd -literal
376 /* IPv4 */
377 struct sioc_vif_req vreq;
378 memset(&vreq, 0, sizeof(vreq));
379 vreq.vifi = vif_index;
380 ioctl(mrouter_s4, SIOCGETVIFCNT, &vreq);
381 .Ed
382 .Pp
383 .Bd -literal
384 /* IPv6 */
385 struct sioc_mif_req6 mreq;
386 memset(&mreq, 0, sizeof(mreq));
387 mreq.mifi = vif_index;
388 ioctl(mrouter_s6, SIOCGETMIFCNT_IN6, &mreq);
389 .Ed
390 .Ss Advanced Multicast API Programming Guide
391 If we want to add new features in the kernel, it becomes difficult
392 to preserve backward compatibility (binary and API),
393 and at the same time to allow user-level processes to take advantage of
394 the new features (if the kernel supports them).
395 .Pp
396 One of the mechanisms that allows us to preserve the backward
397 compatibility is a sort of negotiation
398 between the user-level process and the kernel:
399 .Bl -enum
400 .It
401 The user-level process tries to enable in the kernel the set of new
402 features (and the corresponding API) it would like to use.
403 .It
404 The kernel returns the (sub)set of features it knows about
405 and is willing to be enabled.
406 .It
407 The user-level process uses only that set of features
408 the kernel has agreed on.
409 .El
410 .\"
411 .Pp
412 To support backward compatibility, if the user-level process doesn't
413 ask for any new features, the kernel defaults to the basic
414 multicast API (see the
415 .Sx "Programming Guide"
416 section).
417 .\" XXX: edit as appropriate after the advanced multicast API is
418 .\" supported under IPv6
419 Currently, the advanced multicast API exists only for IPv4;
420 in the future there will be IPv6 support as well.
421 .Pp
422 Below is a summary of the expandable API solution.
423 Note that all new options and structures are defined
424 in <netinet/ip_mroute.h> and <netinet6/ip6_mroute.h>,
425 unless stated otherwise.
426 .Pp
427 The user-level process uses new get/setsockopt() options to
428 perform the API features negotiation with the kernel.
429 This negotiation must be performed right after the multicast routing
430 socket is open.
431 The set of desired/allowed features is stored in a bitset
432 (currently, in uint32_t; i.e., maximum of 32 new features).
433 The new get/setsockopt() options are
434 .Dq MRT_API_SUPPORT
435 and
436 .Dq MRT_API_CONFIG .
437 Example:
438 .Bd -literal
439 uint32_t v;
440 getsockopt(sock, IPPROTO_IP, MRT_API_SUPPORT, (void *)&v, sizeof(v));
441 .Ed
442 .Pp
443 would set in
444 .Dq v
445 the pre-defined bits that the kernel API supports.
446 The eight least significant bits in uint32_t are same as the
447 eight possible flags
448 .Dq MRT_MFC_FLAGS_*
449 that can be used in
450 .Dq mfcc_flags
451 as part of the new definition of
452 .Dq struct mfcctl
453 (see below about those flags), which leaves 24 flags for other new features.
454 The value returned by getsockopt(MRT_API_SUPPORT) is read-only; in other
455 words, setsockopt(MRT_API_SUPPORT) would fail.
456 .Pp
457 To modify the API, and to set some specific feature in the kernel, then:
458 .Bd -literal
459 uint32_t v = MRT_MFC_FLAGS_DISABLE_WRONGVIF;
460 if (setsockopt(sock, IPPROTO_IP, MRT_API_CONFIG, (void *)&v, sizeof(v))
461     != 0) {
462     return (ERROR);
463 }
464 if (v & MRT_MFC_FLAGS_DISABLE_WRONGVIF)
465     return (OK);        /* Success */
466 else
467     return (ERROR);
468 .Ed
469 .Pp
470 In other words, when setsockopt(MRT_API_CONFIG) is called, the
471 argument to it specifies the desired set of features to
472 be enabled in the API and the kernel.
473 The return value in
474 .Dq v
475 is the actual (sub)set of features that were enabled in the kernel.
476 To obtain later the same set of features that were enabled, then:
477 .Bd -literal
478 getsockopt(sock, IPPROTO_IP, MRT_API_CONFIG, (void *)&v, sizeof(v));
479 .Ed
480 .Pp
481 The set of enabled features is global.
482 In other words, setsockopt(MRT_API_CONFIG)
483 should be called right after setsockopt(MRT_INIT).
484 .Pp
485 Currently, the following set of new features is defined:
486 .Bd -literal
487 #define MRT_MFC_FLAGS_DISABLE_WRONGVIF (1 << 0) /* disable WRONGVIF signals */
488 #define MRT_MFC_FLAGS_BORDER_VIF   (1 << 1)  /* border vif              */
489 #define MRT_MFC_RP                 (1 << 8)  /* enable RP address       */
490 #define MRT_MFC_BW_UPCALL          (1 << 9)  /* enable bw upcalls       */
491 .Ed
492 .\" .Pp
493 .\" In the future there might be:
494 .\" .Bd -literal
495 .\" #define MRT_MFC_GROUP_SPECIFIC     (1 << 10) /* allow (*,G) MFC entries */
496 .\" .Ed
497 .\" .Pp
498 .\" to allow (*,G) MFC entries (i.e., group-specific entries) in the kernel.
499 .\" For now this is left-out until it is clear whether
500 .\" (*,G) MFC support is the preferred solution instead of something more generic
501 .\" solution for example.
502 .\"
503 .\" 2. The newly defined struct mfcctl2.
504 .\"
505 .Pp
506 The advanced multicast API uses a newly defined
507 .Dq struct mfcctl2
508 instead of the traditional
509 .Dq struct mfcctl .
510 The original
511 .Dq struct mfcctl
512 is kept as is.
513 The new
514 .Dq struct mfcctl2
515 is:
516 .Bd -literal
517 /*
518  * The new argument structure for MRT_ADD_MFC and MRT_DEL_MFC overlays
519  * and extends the old struct mfcctl.
520  */
521 struct mfcctl2 {
522         /* the mfcctl fields */
523         struct in_addr  mfcc_origin;       /* ip origin of mcasts       */
524         struct in_addr  mfcc_mcastgrp;     /* multicast group associated*/
525         vifi_t          mfcc_parent;       /* incoming vif              */
526         u_char          mfcc_ttls[MAXVIFS];/* forwarding ttls on vifs   */
527
528         /* extension fields */
529         uint8_t         mfcc_flags[MAXVIFS];/* the MRT_MFC_FLAGS_* flags*/
530         struct in_addr  mfcc_rp;            /* the RP address           */
531 };
532 .Ed
533 .Pp
534 The new fields are
535 .Dq mfcc_flags[MAXVIFS]
536 and
537 .Dq mfcc_rp .
538 Note that for compatibility reasons they are added at the end.
539 .Pp
540 The
541 .Dq mfcc_flags[MAXVIFS]
542 field is used to set various flags per
543 interface per (S,G) entry.
544 Currently, the defined flags are:
545 .Bd -literal
546 #define MRT_MFC_FLAGS_DISABLE_WRONGVIF (1 << 0) /* disable WRONGVIF signals */
547 #define MRT_MFC_FLAGS_BORDER_VIF       (1 << 1) /* border vif          */
548 .Ed
549 .Pp
550 The
551 .Dq MRT_MFC_FLAGS_DISABLE_WRONGVIF
552 flag is used to explicitly disable the
553 .Dq IGMPMSG_WRONGVIF
554 kernel signal at the (S,G) granularity if a multicast data packet
555 arrives on the wrong interface.
556 Usually, this signal is used to
557 complete the shortest-path switch in case of PIM-SM multicast routing,
558 or to trigger a PIM assert message.
559 However, it should not be delivered for interfaces that are not in
560 the outgoing interface set, and that are not expecting to
561 become an incoming interface.
562 Hence, if the
563 .Dq MRT_MFC_FLAGS_DISABLE_WRONGVIF
564 flag is set for some of the
565 interfaces, then a data packet that arrives on that interface for
566 that MFC entry will NOT trigger a WRONGVIF signal.
567 If that flag is not set, then a signal is triggered (the default action).
568 .Pp
569 The
570 .Dq MRT_MFC_FLAGS_BORDER_VIF
571 flag is used to specify whether the Border-bit in PIM
572 Register messages should be set (in case when the Register encapsulation
573 is performed inside the kernel).
574 If it is set for the special PIM Register kernel virtual interface
575 (see
576 .Xr pim 4 ) ,
577 the Border-bit in the Register messages sent to the RP will be set.
578 .Pp
579 The remaining six bits are reserved for future usage.
580 .Pp
581 The
582 .Dq mfcc_rp
583 field is used to specify the RP address (in case of PIM-SM multicast routing)
584 for a multicast
585 group G if we want to perform kernel-level PIM Register encapsulation.
586 The
587 .Dq mfcc_rp
588 field is used only if the
589 .Dq MRT_MFC_RP
590 advanced API flag/capability has been successfully set by
591 setsockopt(MRT_API_CONFIG).
592 .Pp
593 .\"
594 .\" 3. Kernel-level PIM Register encapsulation
595 .\"
596 If the
597 .Dq MRT_MFC_RP
598 flag was successfully set by
599 setsockopt(MRT_API_CONFIG), then the kernel will attempt to perform
600 the PIM Register encapsulation itself instead of sending the
601 multicast data packets to user level (inside IGMPMSG_WHOLEPKT
602 upcalls) for user-level encapsulation.
603 The RP address would be taken from the
604 .Dq mfcc_rp
605 field
606 inside the new
607 .Dq struct mfcctl2 .
608 However, even if the
609 .Dq MRT_MFC_RP
610 flag was successfully set, if the
611 .Dq mfcc_rp
612 field was set to
613 .Dq INADDR_ANY ,
614 then the
615 kernel will still deliver an IGMPMSG_WHOLEPKT upcall with the
616 multicast data packet to the user-level process.
617 .Pp
618 In addition, if the multicast data packet is too large to fit within
619 a single IP packet after the PIM Register encapsulation (e.g., if
620 its size was on the order of 65500 bytes), the data packet will be
621 fragmented, and then each of the fragments will be encapsulated
622 separately.
623 Note that typically a multicast data packet can be that
624 large only if it was originated locally from the same hosts that
625 performs the encapsulation; otherwise the transmission of the
626 multicast data packet over Ethernet for example would have
627 fragmented it into much smaller pieces.
628 .\"
629 .\" Note that if this code is ported to IPv6, we may need the kernel to
630 .\" perform MTU discovery to the RP, and keep those discoveries inside
631 .\" the kernel so the encapsulating router may send back ICMP
632 .\" Fragmentation Required if the size of the multicast data packet is
633 .\" too large (see "Encapsulating data packets in the Register Tunnel"
634 .\" in Section 4.4.1 in the PIM-SM spec
635 .\" draft-ietf-pim-sm-v2-new-05.{txt,ps}).
636 .\" For IPv4 we may be able to get away without it, but for IPv6 we need
637 .\" that.
638 .\"
639 .\" 4. Mechanism for "multicast bandwidth monitoring and upcalls".
640 .\"
641 .Pp
642 Typically, a multicast routing user-level process would need to know the
643 forwarding bandwidth for some data flow.
644 For example, the multicast routing process may want to timeout idle MFC
645 entries, or in case of PIM-SM it can initiate (S,G) shortest-path switch if
646 the bandwidth rate is above a threshold for example.
647 .Pp
648 The original solution for measuring the bandwidth of a dataflow was
649 that a user-level process would periodically
650 query the kernel about the number of forwarded packets/bytes per
651 (S,G), and then based on those numbers it would estimate whether a source
652 has been idle, or whether the source's transmission bandwidth is above a
653 threshold.
654 That solution is far from being scalable, hence the need for a new
655 mechanism for bandwidth monitoring.
656 .Pp
657 Below is a description of the bandwidth monitoring mechanism.
658 .Bl -bullet
659 .It
660 If the bandwidth of a data flow satisfies some pre-defined filter,
661 the kernel delivers an upcall on the multicast routing socket
662 to the multicast routing process that has installed that filter.
663 .It
664 The bandwidth-upcall filters are installed per (S,G). There can be
665 more than one filter per (S,G).
666 .It
667 Instead of supporting all possible comparison operations
668 (i.e., < <= == != > >= ), there is support only for the
669 <= and >= operations,
670 because this makes the kernel-level implementation simpler,
671 and because practically we need only those two.
672 Further, the missing operations can be simulated by secondary
673 user-level filtering of those <= and >= filters.
674 For example, to simulate !=, then we need to install filter
675 .Dq bw <= 0xffffffff ,
676 and after an
677 upcall is received, we need to check whether
678 .Dq measured_bw != expected_bw .
679 .It
680 The bandwidth-upcall mechanism is enabled by
681 setsockopt(MRT_API_CONFIG) for the MRT_MFC_BW_UPCALL flag.
682 .It
683 The bandwidth-upcall filters are added/deleted by the new
684 setsockopt(MRT_ADD_BW_UPCALL) and setsockopt(MRT_DEL_BW_UPCALL)
685 respectively (with the appropriate
686 .Dq struct bw_upcall
687 argument of course).
688 .El
689 .Pp
690 From application point of view, a developer needs to know about
691 the following:
692 .Bd -literal
693 /*
694  * Structure for installing or delivering an upcall if the
695  * measured bandwidth is above or below a threshold.
696  *
697  * User programs (e.g. daemons) may have a need to know when the
698  * bandwidth used by some data flow is above or below some threshold.
699  * This interface allows the userland to specify the threshold (in
700  * bytes and/or packets) and the measurement interval. Flows are
701  * all packet with the same source and destination IP address.
702  * At the moment the code is only used for multicast destinations
703  * but there is nothing that prevents its use for unicast.
704  *
705  * The measurement interval cannot be shorter than some Tmin (currently, 3s).
706  * The threshold is set in packets and/or bytes per_interval.
707  *
708  * Measurement works as follows:
709  *
710  * For >= measurements:
711  * The first packet marks the start of a measurement interval.
712  * During an interval we count packets and bytes, and when we
713  * pass the threshold we deliver an upcall and we are done.
714  * The first packet after the end of the interval resets the
715  * count and restarts the measurement.
716  *
717  * For <= measurement:
718  * We start a timer to fire at the end of the interval, and
719  * then for each incoming packet we count packets and bytes.
720  * When the timer fires, we compare the value with the threshold,
721  * schedule an upcall if we are below, and restart the measurement
722  * (reschedule timer and zero counters).
723  */
724
725 struct bw_data {
726         struct timeval  b_time;
727         uint64_t        b_packets;
728         uint64_t        b_bytes;
729 };
730
731 struct bw_upcall {
732         struct in_addr  bu_src;         /* source address            */
733         struct in_addr  bu_dst;         /* destination address       */
734         uint32_t        bu_flags;       /* misc flags (see below)    */
735 #define BW_UPCALL_UNIT_PACKETS (1 << 0) /* threshold (in packets)    */
736 #define BW_UPCALL_UNIT_BYTES   (1 << 1) /* threshold (in bytes)      */
737 #define BW_UPCALL_GEQ          (1 << 2) /* upcall if bw >= threshold */
738 #define BW_UPCALL_LEQ          (1 << 3) /* upcall if bw <= threshold */
739 #define BW_UPCALL_DELETE_ALL   (1 << 4) /* delete all upcalls for s,d*/
740         struct bw_data  bu_threshold;   /* the bw threshold          */
741         struct bw_data  bu_measured;    /* the measured bw           */
742 };
743
744 /* max. number of upcalls to deliver together */
745 #define BW_UPCALLS_MAX                          128
746 /* min. threshold time interval for bandwidth measurement */
747 #define BW_UPCALL_THRESHOLD_INTERVAL_MIN_SEC    3
748 #define BW_UPCALL_THRESHOLD_INTERVAL_MIN_USEC   0
749 .Ed
750 .Pp
751 The
752 .Dq bw_upcall
753 structure is used as an argument to
754 setsockopt(MRT_ADD_BW_UPCALL) and setsockopt(MRT_DEL_BW_UPCALL).
755 Each setsockopt(MRT_ADD_BW_UPCALL) installs a filter in the kernel
756 for the source and destination address in the
757 .Dq bw_upcall
758 argument,
759 and that filter will trigger an upcall according to the following
760 pseudo-algorithm:
761 .Bd -literal
762  if (bw_upcall_oper IS ">=") {
763     if (((bw_upcall_unit & PACKETS == PACKETS) &&
764          (measured_packets >= threshold_packets)) ||
765         ((bw_upcall_unit & BYTES == BYTES) &&
766          (measured_bytes >= threshold_bytes)))
767        SEND_UPCALL("measured bandwidth is >= threshold");
768   }
769   if (bw_upcall_oper IS "<=" && measured_interval >= threshold_interval) {
770     if (((bw_upcall_unit & PACKETS == PACKETS) &&
771          (measured_packets <= threshold_packets)) ||
772         ((bw_upcall_unit & BYTES == BYTES) &&
773          (measured_bytes <= threshold_bytes)))
774        SEND_UPCALL("measured bandwidth is <= threshold");
775   }
776 .Ed
777 .Pp
778 In the same
779 .Dq bw_upcall
780 the unit can be specified in both BYTES and PACKETS.
781 However, the GEQ and LEQ flags are mutually exclusive.
782 .Pp
783 Basically, an upcall is delivered if the measured bandwidth is >= or
784 <= the threshold bandwidth (within the specified measurement
785 interval).
786 For practical reasons, the smallest value for the measurement
787 interval is 3 seconds.
788 If smaller values are allowed, then the bandwidth
789 estimation may be less accurate, or the potentially very high frequency
790 of the generated upcalls may introduce too much overhead.
791 For the >= operation, the answer may be known before the end of
792 .Dq threshold_interval ,
793 therefore the upcall may be delivered earlier.
794 For the <= operation however, we must wait
795 until the threshold interval has expired to know the answer.
796 .Pp
797 Example of usage:
798 .Bd -literal
799 struct bw_upcall bw_upcall;
800 /* Assign all bw_upcall fields as appropriate */
801 memset(&bw_upcall, 0, sizeof(bw_upcall));
802 memcpy(&bw_upcall.bu_src, &source, sizeof(bw_upcall.bu_src));
803 memcpy(&bw_upcall.bu_dst, &group, sizeof(bw_upcall.bu_dst));
804 bw_upcall.bu_threshold.b_data = threshold_interval;
805 bw_upcall.bu_threshold.b_packets = threshold_packets;
806 bw_upcall.bu_threshold.b_bytes = threshold_bytes;
807 if (is_threshold_in_packets)
808     bw_upcall.bu_flags |= BW_UPCALL_UNIT_PACKETS;
809 if (is_threshold_in_bytes)
810     bw_upcall.bu_flags |= BW_UPCALL_UNIT_BYTES;
811 do {
812     if (is_geq_upcall) {
813         bw_upcall.bu_flags |= BW_UPCALL_GEQ;
814         break;
815     }
816     if (is_leq_upcall) {
817         bw_upcall.bu_flags |= BW_UPCALL_LEQ;
818         break;
819     }
820     return (ERROR);
821 } while (0);
822 setsockopt(mrouter_s4, IPPROTO_IP, MRT_ADD_BW_UPCALL,
823           (void *)&bw_upcall, sizeof(bw_upcall));
824 .Ed
825 .Pp
826 To delete a single filter, then use MRT_DEL_BW_UPCALL,
827 and the fields of bw_upcall must be set
828 exactly same as when MRT_ADD_BW_UPCALL was called.
829 .Pp
830 To delete all bandwidth filters for a given (S,G), then
831 only the
832 .Dq bu_src
833 and
834 .Dq bu_dst
835 fields in
836 .Dq struct bw_upcall
837 need to be set, and then just set only the
838 .Dq BW_UPCALL_DELETE_ALL
839 flag inside field
840 .Dq bw_upcall.bu_flags .
841 .Pp
842 The bandwidth upcalls are received by aggregating them in the new upcall
843 message:
844 .Bd -literal
845 #define IGMPMSG_BW_UPCALL  4  /* BW monitoring upcall */
846 .Ed
847 .Pp
848 This message is an array of
849 .Dq struct bw_upcall
850 elements (up to BW_UPCALLS_MAX = 128).
851 The upcalls are
852 delivered when there are 128 pending upcalls, or when 1 second has
853 expired since the previous upcall (whichever comes first).
854 In an
855 .Dq struct upcall
856 element, the
857 .Dq bu_measured
858 field is filled-in to
859 indicate the particular measured values.
860 However, because of the way
861 the particular intervals are measured, the user should be careful how
862 bu_measured.b_time is used.
863 For example, if the
864 filter is installed to trigger an upcall if the number of packets
865 is >= 1, then
866 .Dq bu_measured
867 may have a value of zero in the upcalls after the
868 first one, because the measured interval for >= filters is
869 .Dq clocked
870 by the forwarded packets.
871 Hence, this upcall mechanism should not be used for measuring
872 the exact value of the bandwidth of the forwarded data.
873 To measure the exact bandwidth, the user would need to
874 get the forwarded packets statistics with the ioctl(SIOCGETSGCNT)
875 mechanism
876 (see the
877 .Sx Programming Guide
878 section) .
879 .Pp
880 Note that the upcalls for a filter are delivered until the specific
881 filter is deleted, but no more frequently than once per
882 .Dq bu_threshold.b_time .
883 For example, if the filter is specified to
884 deliver a signal if bw >= 1 packet, the first packet will trigger a
885 signal, but the next upcall will be triggered no earlier than
886 .Dq bu_threshold.b_time
887 after the previous upcall.
888 .\"
889 .Sh SEE ALSO
890 .Xr getsockopt 2 ,
891 .Xr recvfrom 2 ,
892 .Xr recvmsg 2 ,
893 .Xr setsockopt 2 ,
894 .Xr socket 2 ,
895 .Xr icmp6 4 ,
896 .Xr inet 4 ,
897 .Xr inet6 4 ,
898 .Xr intro 4 ,
899 .Xr ip 4 ,
900 .Xr ip6 4 ,
901 .Xr pim 4
902 .\"
903 .Sh AUTHORS
904 The original multicast code was written by David Waitzman (BBN Labs),
905 and later modified by the following individuals:
906 Steve Deering (Stanford), Mark J. Steiglitz (Stanford),
907 Van Jacobson (LBL), Ajit Thyagarajan (PARC),
908 Bill Fenner (PARC).
909 The IPv6 multicast support was implemented by the KAME project
910 (http://www.kame.net), and was based on the IPv4 multicast code.
911 The advanced multicast API and the multicast bandwidth
912 monitoring were implemented by Pavlin Radoslavov (ICSI)
913 in collaboration with Chris Brown (NextHop).
914 .Pp
915 This manual page was written by Pavlin Radoslavov (ICSI).