Documentation/networking/tuntap.rst

   1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 .. include:: <isonum.txt>
   3
   4 ===============================
   5 Universal TUN/TAP device driver
   6 ===============================
   7
   8 Copyright |copy| 1999-2000 Maxim Krasnyansky <max_mk@yahoo.com>
   9
  10   Linux, Solaris drivers
  11   Copyright |copy| 1999-2000 Maxim Krasnyansky <max_mk@yahoo.com>
  12
  13   FreeBSD TAP driver
  14   Copyright |copy| 1999-2000 Maksim Yevmenkin <m_evmenkin@yahoo.com>
  15
  16   Revision of this document 2002 by Florian Thiel <florian.thiel@gmx.net>
  17
  18 1. Description
  19 ==============
  20
  21   TUN/TAP provides packet reception and transmission for user space programs.
  22   It can be seen as a simple Point-to-Point or Ethernet device, which,
  23   instead of receiving packets from physical media, receives them from
  24   user space program and instead of sending packets via physical media
  25   writes them to the user space program.
  26
  27   In order to use the driver a program has to open /dev/net/tun and issue a
  28   corresponding ioctl() to register a network device with the kernel. A network
  29   device will appear as tunXX or tapXX, depending on the options chosen. When
  30   the program closes the file descriptor, the network device and all
  31   corresponding routes will disappear.
  32
  33   Depending on the type of device chosen the userspace program has to read/write
  34   IP packets (with tun) or ethernet frames (with tap). Which one is being used
  35   depends on the flags given with the ioctl().
  36
  37   The package from http://vtun.sourceforge.net/tun contains two simple examples
  38   for how to use tun and tap devices. Both programs work like a bridge between
  39   two network interfaces.
  40   br_select.c - bridge based on select system call.
  41   br_sigio.c  - bridge based on async io and SIGIO signal.
  42   However, the best example is VTun http://vtun.sourceforge.net :))
  43
  44 2. Configuration
  45 ================
  46
  47   Create device node::
  48
  49      mkdir /dev/net (if it doesn't exist already)
  50      mknod /dev/net/tun c 10 200
  51
  52   Set permissions::
  53
  54      e.g. chmod 0666 /dev/net/tun
  55
  56   There's no harm in allowing the device to be accessible by non-root users,
  57   since CAP_NET_ADMIN is required for creating network devices or for
  58   connecting to network devices which aren't owned by the user in question.
  59   If you want to create persistent devices and give ownership of them to
  60   unprivileged users, then you need the /dev/net/tun device to be usable by
  61   those users.
  62
  63   Driver module autoloading
  64
  65      Make sure that "Kernel module loader" - module auto-loading
  66      support is enabled in your kernel.  The kernel should load it on
  67      first access.
  68
  69   Manual loading
  70
  71      insert the module by hand::
  72
  73         modprobe tun
  74
  75   If you do it the latter way, you have to load the module every time you
  76   need it, if you do it the other way it will be automatically loaded when
  77   /dev/net/tun is being opened.
  78
  79 3. Program interface
  80 ====================
  81
  82 3.1 Network device allocation
  83 -----------------------------
  84
  85 ``char *dev`` should be the name of the device with a format string (e.g.
  86 "tun%d"), but (as far as I can see) this can be any valid network device name.
  87 Note that the character pointer becomes overwritten with the real device name
  88 (e.g. "tun0")::
  89
  90   #include <linux/if.h>
  91   #include <linux/if_tun.h>
  92
  93   int tun_alloc(char *dev)
  94   {
  95       struct ifreq ifr;
  96       int fd, err;
  97
  98       if( (fd = open("/dev/net/tun", O_RDWR)) < 0 )
  99          return tun_alloc_old(dev);
 100
 101       memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
 102
 103       /* Flags: IFF_TUN   - TUN device (no Ethernet headers)
 104        *        IFF_TAP   - TAP device
 105        *
 106        *        IFF_NO_PI - Do not provide packet information
 107        */
 108       ifr.ifr_flags = IFF_TUN;
 109       if( *dev )
 110          strncpy(ifr.ifr_name, dev, IFNAMSIZ);
 111
 112       if( (err = ioctl(fd, TUNSETIFF, (void *) &ifr)) < 0 ){
 113          close(fd);
 114          return err;
 115       }
 116       strcpy(dev, ifr.ifr_name);
 117       return fd;
 118   }
 119
 120 3.2 Frame format
 121 ----------------
 122
 123 If flag IFF_NO_PI is not set each frame format is::
 124
 125      Flags [2 bytes]
 126      Proto [2 bytes]
 127      Raw protocol(IP, IPv6, etc) frame.
 128
 129 3.3 Multiqueue tuntap interface
 130 -------------------------------
 131
 132 From version 3.8, Linux supports multiqueue tuntap which can uses multiple
 133 file descriptors (queues) to parallelize packets sending or receiving. The
 134 device allocation is the same as before, and if user wants to create multiple
 135 queues, TUNSETIFF with the same device name must be called many times with
 136 IFF_MULTI_QUEUE flag.
 137
 138 ``char *dev`` should be the name of the device, queues is the number of queues
 139 to be created, fds is used to store and return the file descriptors (queues)
 140 created to the caller. Each file descriptor were served as the interface of a
 141 queue which could be accessed by userspace.
 142
 143 ::
 144
 145   #include <linux/if.h>
 146   #include <linux/if_tun.h>
 147
 148   int tun_alloc_mq(char *dev, int queues, int *fds)
 149   {
 150       struct ifreq ifr;
 151       int fd, err, i;
 152
 153       if (!dev)
 154           return -1;
 155
 156       memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
 157       /* Flags: IFF_TUN   - TUN device (no Ethernet headers)
 158        *        IFF_TAP   - TAP device
 159        *
 160        *        IFF_NO_PI - Do not provide packet information
 161        *        IFF_MULTI_QUEUE - Create a queue of multiqueue device
 162        */
 163       ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_MULTI_QUEUE;
 164       strcpy(ifr.ifr_name, dev);
 165
 166       for (i = 0; i < queues; i++) {
 167           if ((fd = open("/dev/net/tun", O_RDWR)) < 0)
 168              goto err;
 169           err = ioctl(fd, TUNSETIFF, (void *)&ifr);
 170           if (err) {
 171              close(fd);
 172              goto err;
 173           }
 174           fds[i] = fd;
 175       }
 176
 177       return 0;
 178   err:
 179       for (--i; i >= 0; i--)
 180           close(fds[i]);
 181       return err;
 182   }
 183
 184 A new ioctl(TUNSETQUEUE) were introduced to enable or disable a queue. When
 185 calling it with IFF_DETACH_QUEUE flag, the queue were disabled. And when
 186 calling it with IFF_ATTACH_QUEUE flag, the queue were enabled. The queue were
 187 enabled by default after it was created through TUNSETIFF.
 188
 189 fd is the file descriptor (queue) that we want to enable or disable, when
 190 enable is true we enable it, otherwise we disable it::
 191
 192   #include <linux/if.h>
 193   #include <linux/if_tun.h>
 194
 195   int tun_set_queue(int fd, int enable)
 196   {
 197       struct ifreq ifr;
 198
 199       memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
 200
 201       if (enable)
 202          ifr.ifr_flags = IFF_ATTACH_QUEUE;
 203       else
 204          ifr.ifr_flags = IFF_DETACH_QUEUE;
 205
 206       return ioctl(fd, TUNSETQUEUE, (void *)&ifr);
 207   }
 208
 209 Universal TUN/TAP device driver Frequently Asked Question
 210 =========================================================
 211
 212 1. What platforms are supported by TUN/TAP driver ?
 213
 214 Currently driver has been written for 3 Unices:
 215
 216   - Linux kernels 2.2.x, 2.4.x
 217   - FreeBSD 3.x, 4.x, 5.x
 218   - Solaris 2.6, 7.0, 8.0
 219
 220 2. What is TUN/TAP driver used for?
 221
 222 As mentioned above, main purpose of TUN/TAP driver is tunneling.
 223 It is used by VTun (http://vtun.sourceforge.net).
 224
 225 Another interesting application using TUN/TAP is pipsecd
 226 (http://perso.enst.fr/~beyssac/pipsec/), a userspace IPSec
 227 implementation that can use complete kernel routing (unlike FreeS/WAN).
 228
 229 3. How does Virtual network device actually work ?
 230
 231 Virtual network device can be viewed as a simple Point-to-Point or
 232 Ethernet device, which instead of receiving packets from a physical
 233 media, receives them from user space program and instead of sending
 234 packets via physical media sends them to the user space program.
 235
 236 Let's say that you configured IPv6 on the tap0, then whenever
 237 the kernel sends an IPv6 packet to tap0, it is passed to the application
 238 (VTun for example). The application encrypts, compresses and sends it to
 239 the other side over TCP or UDP. The application on the other side decompresses
 240 and decrypts the data received and writes the packet to the TAP device,
 241 the kernel handles the packet like it came from real physical device.
 242
 243 4. What is the difference between TUN driver and TAP driver?
 244
 245 TUN works with IP frames. TAP works with Ethernet frames.
 246
 247 This means that you have to read/write IP packets when you are using tun and
 248 ethernet frames when using tap.
 249
 250 5. What is the difference between BPF and TUN/TAP driver?
 251
 252 BPF is an advanced packet filter. It can be attached to existing
 253 network interface. It does not provide a virtual network interface.
 254 A TUN/TAP driver does provide a virtual network interface and it is possible
 255 to attach BPF to this interface.
 256
 257 6. Does TAP driver support kernel Ethernet bridging?
 258
 259 Yes. Linux and FreeBSD drivers support Ethernet bridging.