sys/net/slcompress.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1989, 1993, 1994
   3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  14  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  15  *    without specific prior written permission.
  16  *
  17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  18  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  19  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  20  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  21  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  22  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  23  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  24  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  25  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  26  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  27  * SUCH DAMAGE.
  28  *
  29  *      @(#)slcompress.c        8.2 (Berkeley) 4/16/94
  30  * $FreeBSD$
  31  */
  32
  33 /*
  34  * Routines to compress and uncompess tcp packets (for transmission
  35  * over low speed serial lines.
  36  *
  37  * Van Jacobson (van@helios.ee.lbl.gov), Dec 31, 1989:
  38  *      - Initial distribution.
  39  *
  40  */
  41
  42 #include <sys/param.h>
  43 #include <sys/mbuf.h>
  44 #include <sys/systm.h>
  45
  46 #include <netinet/in.h>
  47 #include <netinet/in_systm.h>
  48 #include <netinet/ip.h>
  49 #include <netinet/tcp.h>
  50
  51 #include <net/slcompress.h>
  52
  53 #ifndef SL_NO_STATS
  54 #define INCR(counter) ++comp->counter;
  55 #else
  56 #define INCR(counter)
  57 #endif
  58
  59 #define BCMP(p1, p2, n) bcmp((void *)(p1), (void *)(p2), (int)(n))
  60 #define BCOPY(p1, p2, n) bcopy((void *)(p1), (void *)(p2), (int)(n))
  61
  62 void
  63 sl_compress_init(struct slcompress *comp, int max_state)
  64 {
  65         u_int i;
  66         struct cstate *tstate = comp->tstate;
  67
  68         if (max_state == -1) {
  69                 max_state = MAX_STATES - 1;
  70                 bzero((char *)comp, sizeof(*comp));
  71         } else {
  72                 /* Don't reset statistics */
  73                 bzero((char *)comp->tstate, sizeof(comp->tstate));
  74                 bzero((char *)comp->rstate, sizeof(comp->rstate));
  75         }
  76         for (i = max_state; i > 0; --i) {
  77                 tstate[i].cs_id = i;
  78                 tstate[i].cs_next = &tstate[i - 1];
  79         }
  80         tstate[0].cs_next = &tstate[max_state];
  81         tstate[0].cs_id = 0;
  82         comp->last_cs = &tstate[0];
  83         comp->last_recv = 255;
  84         comp->last_xmit = 255;
  85         comp->flags = SLF_TOSS;
  86 }
  87
  88
  89 /* ENCODE encodes a number that is known to be non-zero.  ENCODEZ
  90  * checks for zero (since zero has to be encoded in the long, 3 byte
  91  * form).
  92  */
  93 #define ENCODE(n) { \
  94         if ((u_int16_t)(n) >= 256) { \
  95                 *cp++ = 0; \
  96                 cp[1] = (n); \
  97                 cp[0] = (n) >> 8; \
  98                 cp += 2; \
  99         } else { \
 100                 *cp++ = (n); \
 101         } \
 102 }
 103 #define ENCODEZ(n) { \
 104         if ((u_int16_t)(n) >= 256 || (u_int16_t)(n) == 0) { \
 105                 *cp++ = 0; \
 106                 cp[1] = (n); \
 107                 cp[0] = (n) >> 8; \
 108                 cp += 2; \
 109         } else { \
 110                 *cp++ = (n); \
 111         } \
 112 }
 113
 114 #define DECODEL(f) { \
 115         if (*cp == 0) {\
 116                 (f) = htonl(ntohl(f) + ((cp[1] << 8) | cp[2])); \
 117                 cp += 3; \
 118         } else { \
 119                 (f) = htonl(ntohl(f) + (u_int32_t)*cp++); \
 120         } \
 121 }
 122
 123 #define DECODES(f) { \
 124         if (*cp == 0) {\
 125                 (f) = htons(ntohs(f) + ((cp[1] << 8) | cp[2])); \
 126                 cp += 3; \
 127         } else { \
 128                 (f) = htons(ntohs(f) + (u_int32_t)*cp++); \
 129         } \
 130 }
 131
 132 #define DECODEU(f) { \
 133         if (*cp == 0) {\
 134                 (f) = htons((cp[1] << 8) | cp[2]); \
 135                 cp += 3; \
 136         } else { \
 137                 (f) = htons((u_int32_t)*cp++); \
 138         } \
 139 }
 140
 141 /*
 142  * Attempt to compress an outgoing TCP packet and return the type of
 143  * the result.  The caller must have already verified that the protocol
 144  * is TCP.  The first mbuf must contain the complete IP and TCP headers,
 145  * and "ip" must be == mtod(m, struct ip *).  "comp" supplies the
 146  * compression state, and "compress_cid" tells us whether it is OK
 147  * to leave out the CID field when feasible.
 148  *
 149  * The caller is responsible for adjusting m->m_pkthdr.len upon return,
 150  * if m is an M_PKTHDR mbuf.
 151  */
 152 u_int
 153 sl_compress_tcp(struct mbuf *m, struct ip *ip, struct slcompress *comp,
 154     int compress_cid)
 155 {
 156         struct cstate *cs = comp->last_cs->cs_next;
 157         u_int hlen = ip->ip_hl;
 158         struct tcphdr *oth;
 159         struct tcphdr *th;
 160         u_int deltaS, deltaA;
 161         u_int changes = 0;
 162         u_char new_seq[16];
 163         u_char *cp = new_seq;
 164
 165         /*
 166          * Bail if this is an IP fragment or if the TCP packet isn't
 167          * `compressible' (i.e., ACK isn't set or some other control bit is
 168          * set).  (We assume that the caller has already made sure the
 169          * packet is IP proto TCP).
 170          */
 171         if ((ip->ip_off & htons(0x3fff)) || m->m_len < 40)
 172                 return (TYPE_IP);
 173
 174         th = (struct tcphdr *)&((int32_t *)ip)[hlen];
 175         if ((th->th_flags & (TH_SYN|TH_FIN|TH_RST|TH_ACK)) != TH_ACK)
 176                 return (TYPE_IP);
 177         /*
 178          * Packet is compressible -- we're going to send either a
 179          * COMPRESSED_TCP or UNCOMPRESSED_TCP packet.  Either way we need
 180          * to locate (or create) the connection state.  Special case the
 181          * most recently used connection since it's most likely to be used
 182          * again & we don't have to do any reordering if it's used.
 183          */
 184         INCR(sls_packets)
 185         if (ip->ip_src.s_addr != cs->cs_ip.ip_src.s_addr ||
 186             ip->ip_dst.s_addr != cs->cs_ip.ip_dst.s_addr ||
 187             *(int32_t *)th != ((int32_t *)&cs->cs_ip)[cs->cs_ip.ip_hl]) {
 188                 /*
 189                  * Wasn't the first -- search for it.
 190                  *
 191                  * States are kept in a circularly linked list with
 192                  * last_cs pointing to the end of the list.  The
 193                  * list is kept in lru order by moving a state to the
 194                  * head of the list whenever it is referenced.  Since
 195                  * the list is short and, empirically, the connection
 196                  * we want is almost always near the front, we locate
 197                  * states via linear search.  If we don't find a state
 198                  * for the datagram, the oldest state is (re-)used.
 199                  */
 200                 struct cstate *lcs;
 201                 struct cstate *lastcs = comp->last_cs;
 202
 203                 do {
 204                         lcs = cs; cs = cs->cs_next;
 205                         INCR(sls_searches)
 206                         if (ip->ip_src.s_addr == cs->cs_ip.ip_src.s_addr
 207                             && ip->ip_dst.s_addr == cs->cs_ip.ip_dst.s_addr
 208                             && *(int32_t *)th ==
 209                             ((int32_t *)&cs->cs_ip)[cs->cs_ip.ip_hl])
 210                                 goto found;
 211                 } while (cs != lastcs);
 212
 213                 /*
 214                  * Didn't find it -- re-use oldest cstate.  Send an
 215                  * uncompressed packet that tells the other side what
 216                  * connection number we're using for this conversation.
 217                  * Note that since the state list is circular, the oldest
 218                  * state points to the newest and we only need to set
 219                  * last_cs to update the lru linkage.
 220                  */
 221                 INCR(sls_misses)
 222                 comp->last_cs = lcs;
 223                 hlen += th->th_off;
 224                 hlen <<= 2;
 225                 if (hlen > m->m_len)
 226                     return TYPE_IP;
 227                 goto uncompressed;
 228
 229         found:
 230                 /*
 231                  * Found it -- move to the front on the connection list.
 232                  */
 233                 if (cs == lastcs)
 234                         comp->last_cs = lcs;
 235                 else {
 236                         lcs->cs_next = cs->cs_next;
 237                         cs->cs_next = lastcs->cs_next;
 238                         lastcs->cs_next = cs;
 239                 }
 240         }
 241
 242         /*
 243          * Make sure that only what we expect to change changed. The first
 244          * line of the `if' checks the IP protocol version, header length &
 245          * type of service.  The 2nd line checks the "Don't fragment" bit.
 246          * The 3rd line checks the time-to-live and protocol (the protocol
 247          * check is unnecessary but costless).  The 4th line checks the TCP
 248          * header length.  The 5th line checks IP options, if any.  The 6th
 249          * line checks TCP options, if any.  If any of these things are
 250          * different between the previous & current datagram, we send the
 251          * current datagram `uncompressed'.
 252          */
 253         oth = (struct tcphdr *)&((int32_t *)&cs->cs_ip)[hlen];
 254         deltaS = hlen;
 255         hlen += th->th_off;
 256         hlen <<= 2;
 257         if (hlen > m->m_len)
 258             return TYPE_IP;
 259
 260         if (((u_int16_t *)ip)[0] != ((u_int16_t *)&cs->cs_ip)[0] ||
 261             ((u_int16_t *)ip)[3] != ((u_int16_t *)&cs->cs_ip)[3] ||
 262             ((u_int16_t *)ip)[4] != ((u_int16_t *)&cs->cs_ip)[4] ||
 263             th->th_off != oth->th_off ||
 264             (deltaS > 5 &&
 265              BCMP(ip + 1, &cs->cs_ip + 1, (deltaS - 5) << 2)) ||
 266             (th->th_off > 5 &&
 267              BCMP(th + 1, oth + 1, (th->th_off - 5) << 2)))
 268                 goto uncompressed;
 269
 270         /*
 271          * Figure out which of the changing fields changed.  The
 272          * receiver expects changes in the order: urgent, window,
 273          * ack, seq (the order minimizes the number of temporaries
 274          * needed in this section of code).
 275          */
 276         if (th->th_flags & TH_URG) {
 277                 deltaS = ntohs(th->th_urp);
 278                 ENCODEZ(deltaS);
 279                 changes |= NEW_U;
 280         } else if (th->th_urp != oth->th_urp)
 281                 /* argh! URG not set but urp changed -- a sensible
 282                  * implementation should never do this but RFC793
 283                  * doesn't prohibit the change so we have to deal
 284                  * with it. */
 285                  goto uncompressed;
 286
 287         deltaS = (u_int16_t)(ntohs(th->th_win) - ntohs(oth->th_win));
 288         if (deltaS) {
 289                 ENCODE(deltaS);
 290                 changes |= NEW_W;
 291         }
 292
 293         deltaA = ntohl(th->th_ack) - ntohl(oth->th_ack);
 294         if (deltaA) {
 295                 if (deltaA > 0xffff)
 296                         goto uncompressed;
 297                 ENCODE(deltaA);
 298                 changes |= NEW_A;
 299         }
 300
 301         deltaS = ntohl(th->th_seq) - ntohl(oth->th_seq);
 302         if (deltaS) {
 303                 if (deltaS > 0xffff)
 304                         goto uncompressed;
 305                 ENCODE(deltaS);
 306                 changes |= NEW_S;
 307         }
 308
 309         switch(changes) {
 310
 311         case 0:
 312                 /*
 313                  * Nothing changed. If this packet contains data and the
 314                  * last one didn't, this is probably a data packet following
 315                  * an ack (normal on an interactive connection) and we send
 316                  * it compressed.  Otherwise it's probably a retransmit,
 317                  * retransmitted ack or window probe.  Send it uncompressed
 318                  * in case the other side missed the compressed version.
 319                  */
 320                 if (ip->ip_len != cs->cs_ip.ip_len &&
 321                     ntohs(cs->cs_ip.ip_len) == hlen)
 322                         break;
 323
 324                 /* FALLTHROUGH */
 325
 326         case SPECIAL_I:
 327         case SPECIAL_D:
 328                 /*
 329                  * actual changes match one of our special case encodings --
 330                  * send packet uncompressed.
 331                  */
 332                 goto uncompressed;
 333
 334         case NEW_S|NEW_A:
 335                 if (deltaS == deltaA &&
 336                     deltaS == ntohs(cs->cs_ip.ip_len) - hlen) {
 337                         /* special case for echoed terminal traffic */
 338                         changes = SPECIAL_I;
 339                         cp = new_seq;
 340                 }
 341                 break;
 342
 343         case NEW_S:
 344                 if (deltaS == ntohs(cs->cs_ip.ip_len) - hlen) {
 345                         /* special case for data xfer */
 346                         changes = SPECIAL_D;
 347                         cp = new_seq;
 348                 }
 349                 break;
 350         }
 351
 352         deltaS = ntohs(ip->ip_id) - ntohs(cs->cs_ip.ip_id);
 353         if (deltaS != 1) {
 354                 ENCODEZ(deltaS);
 355                 changes |= NEW_I;
 356         }
 357         if (th->th_flags & TH_PUSH)
 358                 changes |= TCP_PUSH_BIT;
 359         /*
 360          * Grab the cksum before we overwrite it below.  Then update our
 361          * state with this packet's header.
 362          */
 363         deltaA = ntohs(th->th_sum);
 364         BCOPY(ip, &cs->cs_ip, hlen);
 365
 366         /*
 367          * We want to use the original packet as our compressed packet.
 368          * (cp - new_seq) is the number of bytes we need for compressed
 369          * sequence numbers.  In addition we need one byte for the change
 370          * mask, one for the connection id and two for the tcp checksum.
 371          * So, (cp - new_seq) + 4 bytes of header are needed.  hlen is how
 372          * many bytes of the original packet to toss so subtract the two to
 373          * get the new packet size.
 374          */
 375         deltaS = cp - new_seq;
 376         cp = (u_char *)ip;
 377         if (compress_cid == 0 || comp->last_xmit != cs->cs_id) {
 378                 comp->last_xmit = cs->cs_id;
 379                 hlen -= deltaS + 4;
 380                 cp += hlen;
 381                 *cp++ = changes | NEW_C;
 382                 *cp++ = cs->cs_id;
 383         } else {
 384                 hlen -= deltaS + 3;
 385                 cp += hlen;
 386                 *cp++ = changes;
 387         }
 388         m->m_len -= hlen;
 389         m->m_data += hlen;
 390         *cp++ = deltaA >> 8;
 391         *cp++ = deltaA;
 392         BCOPY(new_seq, cp, deltaS);
 393         INCR(sls_compressed)
 394         return (TYPE_COMPRESSED_TCP);
 395
 396         /*
 397          * Update connection state cs & send uncompressed packet ('uncompressed'
 398          * means a regular ip/tcp packet but with the 'conversation id' we hope
 399          * to use on future compressed packets in the protocol field).
 400          */
 401 uncompressed:
 402         BCOPY(ip, &cs->cs_ip, hlen);
 403         ip->ip_p = cs->cs_id;
 404         comp->last_xmit = cs->cs_id;
 405         return (TYPE_UNCOMPRESSED_TCP);
 406 }
 407
 408
 409 int
 410 sl_uncompress_tcp(u_char **bufp, int len, u_int type, struct slcompress *comp)
 411 {
 412         u_char *hdr, *cp;
 413         int hlen, vjlen;
 414
 415         cp = bufp? *bufp: NULL;
 416         vjlen = sl_uncompress_tcp_core(cp, len, len, type, comp, &hdr, &hlen);
 417         if (vjlen < 0)
 418                 return (0);     /* error */
 419         if (vjlen == 0)
 420                 return (len);   /* was uncompressed already */
 421
 422         cp += vjlen;
 423         len -= vjlen;
 424
 425         /*
 426          * At this point, cp points to the first byte of data in the
 427          * packet.  If we're not aligned on a 4-byte boundary, copy the
 428          * data down so the ip & tcp headers will be aligned.  Then back up
 429          * cp by the tcp/ip header length to make room for the reconstructed
 430          * header (we assume the packet we were handed has enough space to
 431          * prepend 128 bytes of header).
 432          */
 433         if ((intptr_t)cp & 3) {
 434                 if (len > 0)
 435                         BCOPY(cp, ((intptr_t)cp &~ 3), len);
 436                 cp = (u_char *)((intptr_t)cp &~ 3);
 437         }
 438         cp -= hlen;
 439         len += hlen;
 440         BCOPY(hdr, cp, hlen);
 441
 442         *bufp = cp;
 443         return (len);
 444 }
 445
 446 /*
 447  * Uncompress a packet of total length total_len.  The first buflen
 448  * bytes are at buf; this must include the entire (compressed or
 449  * uncompressed) TCP/IP header.  This procedure returns the length
 450  * of the VJ header, with a pointer to the uncompressed IP header
 451  * in *hdrp and its length in *hlenp.
 452  */
 453 int
 454 sl_uncompress_tcp_core(u_char *buf, int buflen, int total_len, u_int type,
 455     struct slcompress *comp, u_char **hdrp, u_int *hlenp)
 456 {
 457         u_char *cp;
 458         u_int hlen, changes;
 459         struct tcphdr *th;
 460         struct cstate *cs;
 461         struct ip *ip;
 462         u_int16_t *bp;
 463         u_int vjlen;
 464
 465         switch (type) {
 466
 467         case TYPE_UNCOMPRESSED_TCP:
 468                 ip = (struct ip *) buf;
 469                 if (ip->ip_p >= MAX_STATES)
 470                         goto bad;
 471                 cs = &comp->rstate[comp->last_recv = ip->ip_p];
 472                 comp->flags &=~ SLF_TOSS;
 473                 ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
 474                 /*
 475                  * Calculate the size of the TCP/IP header and make sure that
 476                  * we don't overflow the space we have available for it.
 477                  */
 478                 hlen = ip->ip_hl << 2;
 479                 if (hlen + sizeof(struct tcphdr) > buflen)
 480                         goto bad;
 481                 hlen += ((struct tcphdr *)&((char *)ip)[hlen])->th_off << 2;
 482                 if (hlen > MAX_HDR || hlen > buflen)
 483                         goto bad;
 484                 BCOPY(ip, &cs->cs_ip, hlen);
 485                 cs->cs_hlen = hlen;
 486                 INCR(sls_uncompressedin)
 487                 *hdrp = (u_char *) &cs->cs_ip;
 488                 *hlenp = hlen;
 489                 return (0);
 490
 491         default:
 492                 goto bad;
 493
 494         case TYPE_COMPRESSED_TCP:
 495                 break;
 496         }
 497         /* We've got a compressed packet. */
 498         INCR(sls_compressedin)
 499         cp = buf;
 500         changes = *cp++;
 501         if (changes & NEW_C) {
 502                 /* Make sure the state index is in range, then grab the state.
 503                  * If we have a good state index, clear the 'discard' flag. */
 504                 if (*cp >= MAX_STATES)
 505                         goto bad;
 506
 507                 comp->flags &=~ SLF_TOSS;
 508                 comp->last_recv = *cp++;
 509         } else {
 510                 /* this packet has an implicit state index.  If we've
 511                  * had a line error since the last time we got an
 512                  * explicit state index, we have to toss the packet. */
 513                 if (comp->flags & SLF_TOSS) {
 514                         INCR(sls_tossed)
 515                         return (-1);
 516                 }
 517         }
 518         cs = &comp->rstate[comp->last_recv];
 519         hlen = cs->cs_ip.ip_hl << 2;
 520         th = (struct tcphdr *)&((u_char *)&cs->cs_ip)[hlen];
 521         th->th_sum = htons((*cp << 8) | cp[1]);
 522         cp += 2;
 523         if (changes & TCP_PUSH_BIT)
 524                 th->th_flags |= TH_PUSH;
 525         else
 526                 th->th_flags &=~ TH_PUSH;
 527
 528         switch (changes & SPECIALS_MASK) {
 529         case SPECIAL_I:
 530                 {
 531                 u_int i = ntohs(cs->cs_ip.ip_len) - cs->cs_hlen;
 532                 th->th_ack = htonl(ntohl(th->th_ack) + i);
 533                 th->th_seq = htonl(ntohl(th->th_seq) + i);
 534                 }
 535                 break;
 536
 537         case SPECIAL_D:
 538                 th->th_seq = htonl(ntohl(th->th_seq) + ntohs(cs->cs_ip.ip_len)
 539                                    - cs->cs_hlen);
 540                 break;
 541
 542         default:
 543                 if (changes & NEW_U) {
 544                         th->th_flags |= TH_URG;
 545                         DECODEU(th->th_urp)
 546                 } else
 547                         th->th_flags &=~ TH_URG;
 548                 if (changes & NEW_W)
 549                         DECODES(th->th_win)
 550                 if (changes & NEW_A)
 551                         DECODEL(th->th_ack)
 552                 if (changes & NEW_S)
 553                         DECODEL(th->th_seq)
 554                 break;
 555         }
 556         if (changes & NEW_I) {
 557                 DECODES(cs->cs_ip.ip_id)
 558         } else
 559                 cs->cs_ip.ip_id = htons(ntohs(cs->cs_ip.ip_id) + 1);
 560
 561         /*
 562          * At this point, cp points to the first byte of data in the
 563          * packet.  Fill in the IP total length and update the IP
 564          * header checksum.
 565          */
 566         vjlen = cp - buf;
 567         buflen -= vjlen;
 568         if (buflen < 0)
 569                 /* we must have dropped some characters (crc should detect
 570                  * this but the old slip framing won't) */
 571                 goto bad;
 572
 573         total_len += cs->cs_hlen - vjlen;
 574         cs->cs_ip.ip_len = htons(total_len);
 575
 576         /* recompute the ip header checksum */
 577         bp = (u_int16_t *) &cs->cs_ip;
 578         cs->cs_ip.ip_sum = 0;
 579                 for (changes = 0; hlen > 0; hlen -= 2)
 580                         changes += *bp++;
 581                 changes = (changes & 0xffff) + (changes >> 16);
 582                 changes = (changes & 0xffff) + (changes >> 16);
 583         cs->cs_ip.ip_sum = ~ changes;
 584
 585         *hdrp = (u_char *) &cs->cs_ip;
 586         *hlenp = cs->cs_hlen;
 587         return vjlen;
 588
 589 bad:
 590         comp->flags |= SLF_TOSS;
 591         INCR(sls_errorin)
 592         return (-1);
 593 }