EBPF क्या है?

EBPF (extended Berkeley Packet Filter) एक लिनक्स कर्नेल सबसिस्टम है जो आपको कर्नेल स्रोत कोड या कर्नेल मॉड्यूल लोड करने के बिना कर्नेल के अंदर सैंडबॉक्स प्रोग्राम चलाने देता है। प्रोग्राम को निष्पादन से पहले कर्नेल बाइटकोड सत्यापनकर्ता द्वारा सत्यापित किया जाता है, जिससे सुरक्षा सुनिश्चित की जा सके।

नेटवर्किंग के लिए, ईबीपीएफ प्रोग्राम्स संलग्न होते हैं कर्नेल के नेटवर्क स्टैक में और निरीक्षण कर सकते हैं, संशोधित कर सकते हैं, रीडायरेक्ट कर सकते हैं, या पैकेट छोड़ सकते हैं। पर महत्वपूर्ण लाभ या कर्नेल मॉड्यूल प्रदर्शन और प्रोग्राममबिलिटी है: eBPF प्रोग्राम्स JIT-Compiled हैं, जो मूल कोड के लिए हैं और राज्य के माध्यम से साझा कर सकते हैं। (कुंजी-मूल्य स्टोर कर्नेल और उपयोगकर्तास्पेस के बीच साझा)।

हुक	स्थान	विलंबता	केस का उपयोग करें
XDP	एनआईसी ड्राइवर, sk buff आवंटन से पहले	सबसे कम	DDoS ड्रॉप, लोड संतुलन
टीसी प्रवेश / प्रवेश	sk buff आवंटन के बाद	कम	ट्रैफिक शेपिंग, मार्किंग, रीडायरेक्ट
सॉकेट फिल्टर	सॉकेट प्राप्त पथ	मध्यम	Tcpdump-style फ़िल्टरिंग
kprobe/tracepoint	कर्नेल समारोह प्रविष्टि / निकास	भिन्नता	अवलोकन

2. XDP हुक अंक

XDP (eXpress Data Path) प्रोग्राम नेटवर्क स्टैक में सबसे पहले संभव बिंदु पर चलते हैं - एनआईसी ड्राइवर के अंदर, कर्नेल को आवंटित करने से पहले, एक को आवंटित करने से पहले इसका मतलब यह है:

मूल XDP
जेनेरिक XDPsk_buff
Offloaded XDP

एक्सडीपी प्रोग्राम पांच फैसले में से एक देता है:

रिटर्न कोड	कार्रवाई
`XDP_DROP`	ड्रॉप पैकेट तुरंत - न्यूनतम विलंबता डिसकार्ड
`XDP_PASS`	सामान्य नेटवर्क स्टैक तक पास करें
`XDP_TX`	एक ही इंटरफ़ेस (बाउंस) को वापस भेजना
`XDP_REDIRECT`	किसी अन्य इंटरफ़ेस या AF XDP सॉकेट पर रीडायरेक्ट करें
`XDP_ABORTED`	त्रुटि पथ - निशान घटना के साथ ड्रॉप

3. XDP पैकेट ड्रॉप उदाहरण

निम्नलिखित कार्यक्रम एक eBPF मानचित्र में संग्रहीत स्रोत IP से सभी UDP पैकेट को गिराता है, जिससे उपयोगकर्तास्पेस को रनटाइम पर ब्लॉकलिस्ट को अपडेट करने की अनुमति मिलती है।

// xdp_drop_udp.c — Drop UDP from IPs in a BPF map
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

// BPF map: src IP → drop flag (1 = drop)
struct {
    __uint(type, BPF_MAP_TYPE_HASH);
    __uint(max_entries, 1024);
    __type(key, __u32);    // source IPv4 address
    __type(value, __u32);  // 1 = block
} blocklist SEC(".maps");

SEC("xdp")
int xdp_drop_udp(struct xdp_md *ctx) {
    void *data     = (void *)(long)ctx->data;
    void *data_end = (void *)(long)ctx->data_end;

    // Parse Ethernet header
    struct ethhdr *eth = data;
    if ((void *)(eth + 1) > data_end) return XDP_PASS;
    if (eth->h_proto != __constant_htons(ETH_P_IP)) return XDP_PASS;

    // Parse IPv4 header
    struct iphdr *ip = (void *)(eth + 1);
    if ((void *)(ip + 1) > data_end) return XDP_PASS;
    if (ip->protocol != IPPROTO_UDP) return XDP_PASS;

    // Check blocklist map
    __u32 src = ip->saddr;
    __u32 *val = bpf_map_lookup_elem(&blocklist, &src);
    if (val && *val == 1) return XDP_DROP;

    return XDP_PASS;
}

char _license[] SEC("license") = "GPL";

बाउंड्स की जाँच अनिवार्य है।data_end

लोड और साथ संलग्न :

# Compile
clang -O2 -target bpf -c xdp_drop_udp.c -o xdp_drop_udp.o

# Attach to interface (native XDP)
ip link set eth0 xdp obj xdp_drop_udp.o sec xdp

# Add an IP to the blocklist via bpftool
bpftool map update name blocklist key 0x01 0x02 0x03 0x04 value 0x01 0x00 0x00 0x00

# Remove XDP program
ip link set eth0 xdp off

4. AF XDP: कर्नेल बाईपास

AF_XDPXDP_REDIRECT

मुख्य घटक:

UMEM
रिंग
शून्य-कॉपी मोड

AF XDP DPDK की परिचालन जटिलता के बिना लाइन रेट पर कस्टम पैकेट प्रोसेसिंग के लिए आदर्श है (कोई विशाल पृष्ठ नहीं, कोई CPU पिनिंग बुनियादी उपयोग के लिए आवश्यक नहीं है)।

5. टीसी BPF: ट्रैफिक शेपिंग और फ़िल्टरिंग

tcclsactsk_buff

// tc_mark.c — Mark packets with DSCP EF (46) for VoIP traffic on port 5060
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

SEC("classifier")
int tc_mark_voip(struct __sk_buff *skb) {
    void *data     = (void *)(long)skb->data;
    void *data_end = (void *)(long)skb->data_end;

    struct ethhdr *eth = data;
    if ((void *)(eth + 1) > data_end) return TC_ACT_OK;
    if (eth->h_proto != __constant_htons(ETH_P_IP)) return TC_ACT_OK;

    struct iphdr *ip = (void *)(eth + 1);
    if ((void *)(ip + 1) > data_end) return TC_ACT_OK;
    if (ip->protocol != IPPROTO_UDP) return TC_ACT_OK;

    struct udphdr *udp = (void *)(ip + 1);
    if ((void *)(udp + 1) > data_end) return TC_ACT_OK;

    // Mark SIP traffic (port 5060) with DSCP EF (46 = 0xB8 in TOS byte)
    if (udp->dest == __constant_htons(5060) || udp->source == __constant_htons(5060)) {
        // DSCP EF = 46, shifted left 2 bits in TOS field = 184 (0xB8)
        bpf_skb_store_bytes(skb, offsetof(struct iphdr, tos) + sizeof(struct ethhdr),
                            &((__u8){184}), 1, BPF_F_RECOMPUTE_CSUM);
    }
    return TC_ACT_OK;
}

char _license[] SEC("license") = "GPL";

# Attach tc BPF program
tc qdisc add dev eth0 clsact
tc filter add dev eth0 egress bpf da obj tc_mark.o sec classifier

6. ईबीपीएफ मैप्स के साथ रेट लिमिटिंग

ईबीपीएफ के नक्शे स्टेटफुल प्रोसेसिंग को सक्षम करते हैं। निम्नलिखित पैटर्न प्रति स्रोत-आईपी दर को लागू करता है जो एक टोकन बाल्टी का उपयोग करके सीमित करता है जिसे एक में संग्रहीत किया जाता है :

// Conceptual token bucket per source IP — checks tokens, drops if exceeded
struct ratelimit_entry {
    __u64 tokens;        // current token count
    __u64 last_update;   // nanoseconds timestamp
};

struct {
    __uint(type, BPF_MAP_TYPE_LRU_HASH);
    __uint(max_entries, 65536);
    __type(key, __u32);                     // source IP
    __type(value, struct ratelimit_entry);
} rate_map SEC(".maps");

// In XDP program:
// 1. bpf_ktime_get_ns() — get current time
// 2. Lookup entry for src IP
// 3. Refill tokens: tokens += (elapsed_ns / 1e9) * rate_pps
// 4. If tokens >= 1: decrement and XDP_PASS
// 5. Else: XDP_DROP

7. bpftool & bpftrace Introspection

लाइव ईबीपीएफ प्रोग्राम के साथ काम करने के लिए दो आवश्यक उपकरण:

# bpftool — inspect loaded programs and maps
bpftool prog list                         # list all loaded eBPF programs
bpftool prog show id 42                   # details for program ID 42
bpftool prog dump xlated id 42            # disassemble to eBPF bytecode
bpftool prog dump jited id 42            # dump JIT-compiled native code
bpftool map list                          # list all BPF maps
bpftool map dump name blocklist           # dump all entries in map "blocklist"
bpftool map update name blocklist \
    key 192 168 1 100 value 1 0 0 0       # add entry (network byte order)

# bpftrace — DTrace-style one-liners for kernel tracing
# Count XDP drops per second
bpftrace -e 'tracepoint:xdp:xdp_exception { @drops[args->action] = count(); } interval:s:1 { print(@drops); clear(@drops); }'

# Trace tcp_retransmit_skb — show retransmit events with comm name
bpftrace -e 'kprobe:tcp_retransmit_skb { printf("%s retransmit\n", comm); }'

# Histogram of packet sizes on eth0
bpftrace -e 'tracepoint:net:netif_receive_skb /args->name == "eth0"/ { @size = hist(args->len); }'

8. तुलना: EBPF/XDP बनाम DPDK बनाम RDMA

फ़ीचर	EBPF/XDP	डी पी	आरडीएमए
कर्नेल भागीदारी	मिनिमल (XDP in ड्राइवर)	कोई नहीं (पूर्ण बाईपास)	कोई नहीं (RDMA NIC)
मेमोरी मॉडल	स्टैंडर्ड + AF XDP UMEM	आवश्यक है	पंजीकृत स्मृति क्षेत्र
मैक्स	~100 जीबीपीएस मूल XDP	100 जीबीपीएस	200+ जीबीपीएस (InfiniBand)
CPU उपयोग	कम (event-driven)	उच्च (busy-poll कोर)	पास शून्य (बंद)
Ops जटिलता	कम मानक उपकरण	उच्च - समर्पित कोर, hugepages	उच्च - कपड़े प्रबंधन
मामले का प्रयोग	DDoS शमन, LB, observability	वर्चुअल राउटर, एनएफवी, पैकेट जीएन	भंडारण (NVMe-oF), HPC MPI
भाषा	Restricted C / Rust	C / Rust	Verbs API (C)

अंगूठे का नियम:

लिनक्स eBPF & XDP नेटवर्किंग प्राइमर

EBPF क्या है?

2. XDP हुक अंक

3. XDP पैकेट ड्रॉप उदाहरण

4. AF XDP: कर्नेल बाईपास

5. टीसी BPF: ट्रैफिक शेपिंग और फ़िल्टरिंग

6. ईबीपीएफ मैप्स के साथ रेट लिमिटिंग

7. bpftool & bpftrace Introspection

8. तुलना: EBPF/XDP बनाम DPDK बनाम RDMA