NETLINK(7)

名前
netlink - カーネルとユーザー空間の通信 (AF_NETLINK)

書式
#include <asm/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>

netlink_socket = socket(AF_NETLINK, socket_type, netlink_family);

説明
netlink はカーネルモジュールとユーザー空間のプロセス間で 情報をやりとりするために用いられる。 netlink は、ユーザープロセスに対しては 標準的なソケットベースのインターフェースを、 カーネルモジュールにはカーネルの内部 API を提供する。 カーネル内部のインターフェースについてはこの man ページでは記述しない。 また、netlink キャラクターデバイスを用いた obsolete な netlink インターフェースもあるが、これもこの文書では解説しない。 これは過去互換性のためだけに用意されている。

netlink はデータグラム指向のサービスである。 socket_type には SOCK_RAW と SOCK_DGRAM の両方とも指定可能である。 しかし netlink プロトコルはデータグラムと raw ソケットの区別をしない。

netlink_family は、通信するカーネルモジュールや netlink グループの選択に用いる。 現在割り当てられている netlink ファミリーは以下の通り。

NETLINK_ROUTE
    ルーティングとリンクの更新を受信する。 (IPv4 と IPv6 両方の) ルーティングテーブル・ IP アドレス・リンクパラメーター・近傍設定 (neighbor setup)・ キューイングルール (queueing dicipline)・トラフィッククラス・ パケットのクラス分類の修正に用いることができるだろう (rtnetlink(7) を見よ)。

NETLINK_W1 (Linux 2.6.13 から 2.16.17 まで)
    単線 (1-wire) のサブシステムからのメッセージ。

NETLINK_USERSOCK
    ユーザーモードソケットプロトコルのために予約されている。

NETLINK_FIREWALL (Linux 3.4 以前)
    Transport IPv4 packets from netfilter to user space. Used by ip_queue kernel module. After a long period of being declared obsolete (in favor of the more advanced nfnetlink_queue feature), NETLINK_FIREWALL was removed in Linux 3.5.

NETLINK_SOCK_DIAG (Linux 3.3 以降)
    Query information about sockets of various protocol families from the kernel (see sock_diag(7)).

NETLINK_INET_DIAG (Linux 2.6.14 以降)
    An obsolete synonym for NETLINK_SOCK_DIAG.

NETLINK_NFLOG (Linux 3.16 以前)
    Netfilter/iptables ULOG.

NETLINK_XFRM
    IPsec.

NETLINK_SELINUX (Linux 2.6.4 以降)
    SELinux のイベント通知。

NETLINK_ISCSI (Linux 2.6.15 以降)
    Open-iSCSI.

NETLINK_AUDIT (Linux 2.6.6 以降)
    監査 (audit) を行う。

NETLINK_FIB_LOOKUP (Linux 2.6.13 以降)
    ユーザー空間から FIB ルックアップにアクセスする。

NETLINK_CONNECTOR (Linux 2.6.14 以降)
    カーネルコネクタ。より詳しい情報は Linux カーネルソースの Documentation/driver-api/connector.rst (カーネル 5.2 以前では /Documentation/connector/connector.*) を参照すること。

NETLINK_NETFILTER (Linux 2.6.14 以降)
    netfilter サブシステム。

NETLINK_SCSITRANSPORT (Linux 2.6.19 以降)
    SCSI Transports.

NETLINK_RDMA (Linux 3.0 以降)
    Infiniband RDMA.

NETLINK_IP6_FW (Linux 3.4 以前)
    IPv6 パケットを netfilter からユーザー空間へ転送する。 ip6_queue カーネルモジュールで使用される。

NETLINK_DNRTMSG
    DECnet ルーティングメッセージ。

NETLINK_KOBJECT_UEVENT (Linux 2.6.10 以降)
    ユーザー空間へのカーネルメッセージ

NETLINK_GENERIC (Linux 2.6.15 以降)
    netlink を簡単に使用するための一般的な netlink ファミリー。

NETLINK_CRYPTO (Linux 3.2 以降)
    カーネル暗号 API で登録された暗号に関する情報を要求したり、 カーネル暗号 API の設定を行ったりするための netlink インターフェース。

netlink メッセージはバイトストリームからなり、 一つ以上の nlmsghdr ヘッダーと、それに対応するペイロード (payload) が含まれる。 バイトストリームには、標準の NLMSG_* マクロによってのみアクセスすべきである。 より詳しい情報は netlink(3) を見よ。

マルチパートメッセージ (一つ以上の nlmsghdr ヘッダーと、それに対応するペイロードが 一つバイトストリームに含まれる) においては、 先頭のヘッダー・後続のヘッダーには NLM_F_MULTI フラグがセットされる。ただし最後のヘッダーだけは例外で、 NLMSG_DONE タイプとなる。

それぞれの nlmsghdr の後にはペイロードが続く。

    struct nlmsghdr {
        __u32 nlmsg_len;    /* ヘッダーを含むメッセージの長さ */
        __u16 nlmsg_type;   /* メッセージの内容のタイプ */
        __u16 nlmsg_flags;  /* 追加フラグ */
        __u32 nlmsg_seq;    /* シーケンス番号 */
        __u32 nlmsg_pid;    /* 送信者のポート ID */
    };

nlmsg_type は標準のメッセージタイプのどれか一つである: NLMSG_NOOP メッセージは無視される。 NLMSG_ERROR メッセージはエラーを示し、ペイロードには nlmsgerr 構造体が入る。 NLMSG_DONE メッセージはマルチパートメッセージの終了を伝える。

    struct nlmsgerr {
        int error;        /* 負または 0 の errno は応答を表す */
        struct nlmsghdr msg;  /* エラーを起こしたメッセージのヘッダー */
    };

ある netlink ファミリーで指定できるメッセージタイプは、 通常もっと多い。これらに関しては適切な man ページを見てほしい。 たとえば NETLINK_ROUTE に関しては rtnetlink(7) に書いてある。
nlmsg_flags の標準フラグビット
NLM_F_REQUEST | 要求メッセージ全てでセットされなければならない。
NLM_F_MULTI | このメッセージはマルチパートメッセージの一部である。 マルチパートメッセージは NLMSG_DONE で終端する。
NLM_F_ACK | 成功した場合の応答を要求する。
NLM_F_ECHO | この要求をエコーする。
GET 要求における追加フラグビット
NLM_F_ROOT | 単一のエントリーではなくテーブル全体を返す。
NLM_F_MATCH | メッセージの内容で渡された基準 (criteria) にマッチする全てのエントリーを返す。 まだ実装されていない。
NLM_F_ATOMIC | テーブルのアトミックなスナップショットを返す。
NLM_F_DUMP | 便利なマクロ。 (NLM_F_ROOT|NLM_F_MATCH) と等価.

NLM_F_ATOMIC を使う場合は、 CAP_NET_ADMIN 権限を持つか実効ユーザー ID が 0 でなければならない点に注意すること。
NEW 要求における追加フラグビット
NLM_F_REPLACE | 現存のオブジェクトを置換する。
NLM_F_EXCL | すでにオブジェクトがあったら置換しない。
NLM_F_CREATE | まだオブジェクトがなければ作成する。
NLM_F_APPEND | オブジェクトリストの最後に追加する。

nlmsg_seq と nlmsg_pid はメッセージの追跡に使用される。 nlmsg_pid はメッセージの送信元を表す。 メッセージが netlink ソケットで送信されている場合、 nlmsg_pid とプロセスの PID は 1:1 の関係ではない点に注意すること。 より詳しい情報は、 「アドレスのフォーマット」 のセクションを参照すること。

nlmsg_seq と nlmsg_pid は netlink のコアには見えない (opaque)。

netlink は信頼性の高いプロトコルではない。 netlink はメッセージを行き先に届けるために最善を尽くすが、 メモリーが足りなかったりエラーが起こったりすると メッセージを取りこぼすこともある。 信頼性の高い転送を行いたいときは、 送信者は受信者に応答を要求することもできる。 これには NLM_F_ACK フラグをセットする。 応答は NLMSG_ERROR パケットのエラーフィールドを 0 にしたものになる。 アプリケーションは自分自身のメッセージを受けたときには、 応答を生成しなければならない。 カーネルは失敗したパケットに対して、 NLMSG_ERROR メッセージを送ろうとする。 ユーザープロセスはこの慣習にも従う必要がある。

しかし、どのような場合でもカーネルからユーザーへの 信頼性の高い転送は不可能である。 ソケットバッファーが満杯の場合、カーネルは netlink メッセージを送信できない。 メッセージは取りこぼされて、カーネルとユーザー空間プロセスは、 カーネルの状態についての同じビューを持つことができなくなる。 これが起こったこと (recvmsg(2) によって ENOBUFS エラーが返される) を検知して再び同期させるのは、 アプリケーションの責任である。

  アドレスのフォーマット
sockaddr_nl 構造体はユーザー空間やカーネル空間で netlink クライアントを記述する。 sockaddr_nl はユニキャスト (単一の接続先にだけ送られる) にもできるし、 netlink マルチキャストグループ (nl_groups が 0 でない場合) にも送ることができる。

    struct sockaddr_nl {
        sa_family_t     nl_family;  /* AF_NETLINK */
        unsigned short  nl_pad;     /* 0 である */
        pid_t           nl_pid;     /* ポート ID */
        __u32           nl_groups;  /* マルチキャストグループマスク */
    };

nl_pid は netlink ソケットのユニキャストアドレスである。 行き先がカーネルの場合は、常に 0 である。 ユーザー空間プロセスの場合、通常は nl_pid は行き先のソケットを所有しているプロセスの PID である。 ただし、 nl_pid はプロセスではなく netlink ソケットを同定する。 プロセスが複数の netlink ソケットを所有する場合、 nl_pid は最大でも一つのソケットのプロセス ID としか等しくならない。 nl_pid を netlink ソケットに割り当てる方法は 2 つある。 アプリケーションが bind(2) を呼ぶ前に nl_pid を設定する場合、 nl_pid が一意であることを確認するのはアプリケーションの責任となる。 アプリケーションが nl_pid を 0 に設定した場合、カーネルがこの値を割り当てる。 カーネルはプロセスが最初にオープンした netlink ソケットに対してプロセス ID を割り当て、 それ以降にプロセスが作成した全ての netlink ソケットにも一意な nl_pid を割り当てる。

nl_groups はビットマスクで、すべてのビットが netlink グループ番号を表す。 それぞれの netlink ファミリーは 32 のマルチキャストグループのセットを持つ。 それぞれの netlink ファミリーは 32 のマルチキャストグループの セットを持つ。 bind(2) がソケットに対して呼ばれると、 sockaddr_nl の nl_groups フィールドには listen したいグループのビットマスクがセットされる。 デフォルトの値は 0 で、マルチキャストを一切受信しない。 sendmsg(2) や connect(2) によって、あるソケットからメッセージを マルチキャストしたいときは、 nl_groups に送信したいグループのビットマスク をセットすればよい。 netlink マルチキャストグループに送信したり、これを listen したりできるのは、 実効ユーザー ID が 0 のプロセスか、 CAP_NET_ADMIN 権限を持つプロセスのみである。 Linux 2.6.13 以降では、メッセージを複数のグループへのブロードキャストすることはできない。 マルチキャストグループ向けメッセージを受信した場合、これ対する応答は 送り主の PID とマルチキャストグループとに送り返すべきである。 さらに、Linux のカーネルサブシステムによっては、 他のユーザーもメッセージの送受信ができる場合がある。 Linux 3.0 の時点では、 NETLINK_KOBJECT_UEVENT, NETLINK_GENERIC, NETLINK_ROUTE, NETLINK_SELINUX グループでは他のユーザーがメッセージを受信することができる。 他のユーザーがメッセージを送信できるグループは存在しない。

  ソケットオプション
To set or get a netlink socket option, call getsockopt(2) to read or setsockopt(2) to write the option with the option level argument set to SOL_NETLINK. Unless otherwise noted, optval is a pointer to an int.

NETLINK_PKTINFO (Linux 2.6.14 以降)
    Enable nl_pktinfo control messages for received packets to get the extended destination group number.

NETLINK_ADD_MEMBERSHIP, NETLINK_DROP_MEMBERSHIP (Linux 2.6.14 以降)
    Join/leave a group specified by optval.

NETLINK_LIST_MEMBERSHIPS (Linux 4.2 以降)
    Retrieve all groups a socket is a member of. optval is a pointer to __u32 and optlen is the size of the array. The array is filled with the full membership set of the socket, and the required array size is returned in optlen.

NETLINK_BROADCAST_ERROR (Linux 2.6.30 以降)
    When not set, netlink_broadcast() only reports ESRCH errors and silently ignore ENOBUFS errors.

NETLINK_NO_ENOBUFS (Linux 2.6.30 以降)
    This flag can be used by unicast and broadcast listeners to avoid receiving ENOBUFS errors.

NETLINK_LISTEN_ALL_NSID (Linux 4.2 以降)
    When set, this socket will receive netlink notifications from all network namespaces that have an nsid assigned into the network namespace where the socket has been opened. The nsid is sent to user space via an ancillary data.

NETLINK_CAP_ACK (Linux 4.2 以降)
    The kernel may fail to allocate the necessary room for the acknowledgment message back to user space. This option trims off the payload of the original netlink message. The netlink message header is still included, so the user can guess from the sequence number which message triggered the acknowledgment.

バージョン
netlink へのソケットインターフェースは Linux 2.2 で初めて登場した。

Linux 2.0 は、もっと原始的なデバイスベースの netlink インターフェースを サポートしていた (これも互換性のために今でも使用できる)。 古いインターフェースに関してはここでは記述しない。

注意
低レベルのカーネルインターフェースより、 libnetlink または libnl を通して netlink を利用するほうが良いことが多い。

バグ
この man ページは完成していない。

例
以下の例では、 RTMGRP_LINK (ネットワークインターフェースの create/delete/up/down イベント) と RTMGRP_IPV4_IFADDR (IPv4 アドレスの add/delete イベント) マルチキャストグループを listen する NETLINK_ROUTE netlink を作成している。

    struct sockaddr_nl sa;
    memset(&sa, 0, sizeof(sa));
    sa.nl_family = AF_NETLINK;
    sa.nl_groups = RTMGRP_LINK | RTMGRP_IPV4_IFADDR;
    fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);
    bind(fd, (struct sockaddr *) &sa, sizeof(sa));

次の例では、netlink メッセージをカーネル (pid 0) に送る方法を示している。 応答を追跡する際の信頼性を高めるために、アプリケーションが メッセージのシーケンス番号を正しく処理しなければならない点に注意すること。

    struct nlmsghdr *nh;    /* 送信する nlmsghdr とペイロード */
    struct sockaddr_nl sa;
    struct iovec iov = { nh, nh->nlmsg_len };
    struct msghdr msg;
    msg = { &sa, sizeof(sa), &iov, 1, NULL, 0, 0 };
    memset(&sa, 0, sizeof(sa));
    sa.nl_family = AF_NETLINK;
    nh->nlmsg_pid = 0;
    nh->nlmsg_seq = ++sequence_number;
    /* NLM_F_ACK を設定することで、カーネルに応答を要求する */
    nh->nlmsg_flags |= NLM_F_ACK;
    sendmsg(fd, &msg, 0);

最後は、netlink メッセージの読み込みの例である。

    int len;
    /* 8192 to avoid message truncation on platforms with
       page size > 4096 */
    struct nlmsghdr buf[8192/sizeof(struct nlmsghdr)];
    struct iovec iov = { buf, sizeof(buf) };
    struct sockaddr_nl sa;
    struct msghdr msg;
    struct nlmsghdr *nh;
    msg = { &sa, sizeof(sa), &iov, 1, NULL, 0, 0 };
    len = recvmsg(fd, &msg, 0);
    for (nh = (struct nlmsghdr *) buf; NLMSG_OK (nh, len);
         nh = NLMSG_NEXT (nh, len)) {
        /* マルチパートメッセージの終わり */
        if (nh->nlmsg_type == NLMSG_DONE)
            return;
        if (nh->nlmsg_type == NLMSG_ERROR)
            /* 何らかのエラー処理を行う */
        ...
        /* ペイロードの解析を続ける */
        ...
    }

関連項目
cmsg(3), netlink(3), capabilities(7), rtnetlink(7), sock_diag(7)

libnetlink に関する情報 (ftp://ftp.inr.ac.ru/ip-routing/iproute2*)

libnl に関する情報 (http://www.infradead.org/~tgr/libnl/)

RFC 3549 "Linux Netlink as an IP Services Protocol"

この文書について
この man ページは Linux man-pages プロジェクトのリリース 5.10 の一部である。プロジェクトの説明とバグ報告に関する情報は https://www.kernel.org/doc/man-pages/ に書かれている。