sys/netinet/ip_fastfwd.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2003 Andre Oppermann, Internet Business Solutions AG
   3  * 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  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote
  14  *    products derived from this software without specific prior written
  15  *    permission.
  16  *
  17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR 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 AUTHOR 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
  30 /*
  31  * ip_fastforward gets its speed from processing the forwarded packet to
  32  * completion (if_output on the other side) without any queues or netisr's.
  33  * The receiving interface DMAs the packet into memory, the upper half of
  34  * driver calls ip_fastforward, we do our routing table lookup and directly
  35  * send it off to the outgoing interface, which DMAs the packet to the
  36  * network card. The only part of the packet we touch with the CPU is the
  37  * IP header (unless there are complex firewall rules touching other parts
  38  * of the packet, but that is up to you). We are essentially limited by bus
  39  * bandwidth and how fast the network card/driver can set up receives and
  40  * transmits.
  41  *
  42  * We handle basic errors, IP header errors, checksum errors,
  43  * destination unreachable, fragmentation and fragmentation needed and
  44  * report them via ICMP to the sender.
  45  *
  46  * Else if something is not pure IPv4 unicast forwarding we fall back to
  47  * the normal ip_input processing path. We should only be called from
  48  * interfaces connected to the outside world.
  49  *
  50  * Firewalling is fully supported including divert, ipfw fwd and ipfilter
  51  * ipnat and address rewrite.
  52  *
  53  * IPSEC is not supported if this host is a tunnel broker. IPSEC is
  54  * supported for connections to/from local host.
  55  *
  56  * We try to do the least expensive (in CPU ops) checks and operations
  57  * first to catch junk with as little overhead as possible.
  58  *
  59  * We take full advantage of hardware support for IP checksum and
  60  * fragmentation offloading.
  61  *
  62  * We don't do ICMP redirect in the fast forwarding path. I have had my own
  63  * cases where two core routers with Zebra routing suite would send millions
  64  * ICMP redirects to connected hosts if the destination router was not the
  65  * default gateway. In one case it was filling the routing table of a host
  66  * with approximately 300.000 cloned redirect entries until it ran out of
  67  * kernel memory. However the networking code proved very robust and it didn't
  68  * crash or fail in other ways.
  69  */
  70
  71 /*
  72  * Many thanks to Matt Thomas of NetBSD for basic structure of ip_flow.c which
  73  * is being followed here.
  74  */
  75
  76 #include <sys/cdefs.h>
  77 __FBSDID("$FreeBSD$");
  78
  79 #include "opt_ipfw.h"
  80 #include "opt_ipstealth.h"
  81
  82 #include <sys/param.h>
  83 #include <sys/systm.h>
  84 #include <sys/kernel.h>
  85 #include <sys/malloc.h>
  86 #include <sys/mbuf.h>
  87 #include <sys/protosw.h>
  88 #include <sys/sdt.h>
  89 #include <sys/socket.h>
  90 #include <sys/sysctl.h>
  91
  92 #include <net/pfil.h>
  93 #include <net/if.h>
  94 #include <net/if_types.h>
  95 #include <net/if_var.h>
  96 #include <net/if_dl.h>
  97 #include <net/route.h>
  98 #include <net/vnet.h>
  99
 100 #include <netinet/in.h>
 101 #include <netinet/in_kdtrace.h>
 102 #include <netinet/in_systm.h>
 103 #include <netinet/in_var.h>
 104 #include <netinet/ip.h>
 105 #include <netinet/ip_var.h>
 106 #include <netinet/ip_icmp.h>
 107 #include <netinet/ip_options.h>
 108
 109 #include <machine/in_cksum.h>
 110
 111 static struct sockaddr_in *
 112 ip_findroute(struct route *ro, struct in_addr dest, struct mbuf *m)
 113 {
 114         struct sockaddr_in *dst;
 115         struct rtentry *rt;
 116
 117         /*
 118          * Find route to destination.
 119          */
 120         bzero(ro, sizeof(*ro));
 121         dst = (struct sockaddr_in *)&ro->ro_dst;
 122         dst->sin_family = AF_INET;
 123         dst->sin_len = sizeof(*dst);
 124         dst->sin_addr.s_addr = dest.s_addr;
 125         in_rtalloc_ign(ro, 0, M_GETFIB(m));
 126
 127         /*
 128          * Route there and interface still up?
 129          */
 130         rt = ro->ro_rt;
 131         if (rt && (rt->rt_flags & RTF_UP) &&
 132             (rt->rt_ifp->if_flags & IFF_UP) &&
 133             (rt->rt_ifp->if_drv_flags & IFF_DRV_RUNNING)) {
 134                 if (rt->rt_flags & RTF_GATEWAY)
 135                         dst = (struct sockaddr_in *)rt->rt_gateway;
 136         } else {
 137                 IPSTAT_INC(ips_noroute);
 138                 IPSTAT_INC(ips_cantforward);
 139                 if (rt)
 140                         RTFREE(rt);
 141                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 142                 return NULL;
 143         }
 144         return dst;
 145 }
 146
 147 /*
 148  * Try to forward a packet based on the destination address.
 149  * This is a fast path optimized for the plain forwarding case.
 150  * If the packet is handled (and consumed) here then we return NULL;
 151  * otherwise mbuf is returned and the packet should be delivered
 152  * to ip_input for full processing.
 153  */
 154 struct mbuf *
 155 ip_tryforward(struct mbuf *m)
 156 {
 157         struct ip *ip;
 158         struct mbuf *m0 = NULL;
 159         struct route ro;
 160         struct sockaddr_in *dst = NULL;
 161         struct ifnet *ifp;
 162         struct in_addr odest, dest;
 163         uint16_t ip_len, ip_off;
 164         int error = 0;
 165         int mtu;
 166         struct m_tag *fwd_tag = NULL;
 167
 168         /*
 169          * Are we active and forwarding packets?
 170          */
 171
 172         M_ASSERTVALID(m);
 173         M_ASSERTPKTHDR(m);
 174
 175         bzero(&ro, sizeof(ro));
 176
 177
 178 #ifdef ALTQ
 179         /*
 180          * Is packet dropped by traffic conditioner?
 181          */
 182         if (altq_input != NULL && (*altq_input)(m, AF_INET) == 0)
 183                 goto drop;
 184 #endif
 185
 186         /*
 187          * Only IP packets without options
 188          */
 189         ip = mtod(m, struct ip *);
 190
 191         if (ip->ip_hl != (sizeof(struct ip) >> 2)) {
 192                 if (V_ip_doopts == 1)
 193                         return m;
 194                 else if (V_ip_doopts == 2) {
 195                         icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_FILTER_PROHIB,
 196                                 0, 0);
 197                         return NULL;    /* mbuf already free'd */
 198                 }
 199                 /* else ignore IP options and continue */
 200         }
 201
 202         /*
 203          * Only unicast IP, not from loopback, no L2 or IP broadcast,
 204          * no multicast, no INADDR_ANY
 205          *
 206          * XXX: Probably some of these checks could be direct drop
 207          * conditions.  However it is not clear whether there are some
 208          * hacks or obscure behaviours which make it neccessary to
 209          * let ip_input handle it.  We play safe here and let ip_input
 210          * deal with it until it is proven that we can directly drop it.
 211          */
 212         if ((m->m_flags & (M_BCAST|M_MCAST)) ||
 213             (m->m_pkthdr.rcvif->if_flags & IFF_LOOPBACK) ||
 214             ntohl(ip->ip_src.s_addr) == (u_long)INADDR_BROADCAST ||
 215             ntohl(ip->ip_dst.s_addr) == (u_long)INADDR_BROADCAST ||
 216             IN_MULTICAST(ntohl(ip->ip_src.s_addr)) ||
 217             IN_MULTICAST(ntohl(ip->ip_dst.s_addr)) ||
 218             IN_LINKLOCAL(ntohl(ip->ip_src.s_addr)) ||
 219             IN_LINKLOCAL(ntohl(ip->ip_dst.s_addr)) ||
 220             ip->ip_src.s_addr == INADDR_ANY ||
 221             ip->ip_dst.s_addr == INADDR_ANY )
 222                 return m;
 223
 224         /*
 225          * Is it for a local address on this host?
 226          */
 227         if (in_localip(ip->ip_dst))
 228                 return m;
 229
 230         IPSTAT_INC(ips_total);
 231
 232         /*
 233          * Step 3: incoming packet firewall processing
 234          */
 235
 236         odest.s_addr = dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 237
 238         /*
 239          * Run through list of ipfilter hooks for input packets
 240          */
 241         if (!PFIL_HOOKED(&V_inet_pfil_hook))
 242                 goto passin;
 243
 244         if (pfil_run_hooks(
 245             &V_inet_pfil_hook, &m, m->m_pkthdr.rcvif, PFIL_IN, NULL) ||
 246             m == NULL)
 247                 goto drop;
 248
 249         M_ASSERTVALID(m);
 250         M_ASSERTPKTHDR(m);
 251
 252         ip = mtod(m, struct ip *);      /* m may have changed by pfil hook */
 253         dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 254
 255         /*
 256          * Destination address changed?
 257          */
 258         if (odest.s_addr != dest.s_addr) {
 259                 /*
 260                  * Is it now for a local address on this host?
 261                  */
 262                 if (in_localip(dest))
 263                         goto forwardlocal;
 264                 /*
 265                  * Go on with new destination address
 266                  */
 267         }
 268
 269         if (m->m_flags & M_FASTFWD_OURS) {
 270                 /*
 271                  * ipfw changed it for a local address on this host.
 272                  */
 273                 goto forwardlocal;
 274         }
 275
 276 passin:
 277         /*
 278          * Step 4: decrement TTL and look up route
 279          */
 280
 281         /*
 282          * Check TTL
 283          */
 284 #ifdef IPSTEALTH
 285         if (!V_ipstealth) {
 286 #endif
 287         if (ip->ip_ttl <= IPTTLDEC) {
 288                 icmp_error(m, ICMP_TIMXCEED, ICMP_TIMXCEED_INTRANS, 0, 0);
 289                 return NULL;    /* mbuf already free'd */
 290         }
 291
 292         /*
 293          * Decrement the TTL and incrementally change the IP header checksum.
 294          * Don't bother doing this with hw checksum offloading, it's faster
 295          * doing it right here.
 296          */
 297         ip->ip_ttl -= IPTTLDEC;
 298         if (ip->ip_sum >= (u_int16_t) ~htons(IPTTLDEC << 8))
 299                 ip->ip_sum -= ~htons(IPTTLDEC << 8);
 300         else
 301                 ip->ip_sum += htons(IPTTLDEC << 8);
 302 #ifdef IPSTEALTH
 303         }
 304 #endif
 305
 306         /*
 307          * Find route to destination.
 308          */
 309         if ((dst = ip_findroute(&ro, dest, m)) == NULL)
 310                 return NULL;    /* icmp unreach already sent */
 311         ifp = ro.ro_rt->rt_ifp;
 312
 313         /*
 314          * Immediately drop blackholed traffic, and directed broadcasts
 315          * for either the all-ones or all-zero subnet addresses on
 316          * locally attached networks.
 317          */
 318         if ((ro.ro_rt->rt_flags & (RTF_BLACKHOLE|RTF_BROADCAST)) != 0)
 319                 goto drop;
 320
 321         /*
 322          * Step 5: outgoing firewall packet processing
 323          */
 324
 325         /*
 326          * Run through list of hooks for output packets.
 327          */
 328         if (!PFIL_HOOKED(&V_inet_pfil_hook))
 329                 goto passout;
 330
 331         if (pfil_run_hooks(&V_inet_pfil_hook, &m, ifp, PFIL_OUT, NULL) || m == NULL) {
 332                 goto drop;
 333         }
 334
 335         M_ASSERTVALID(m);
 336         M_ASSERTPKTHDR(m);
 337
 338         ip = mtod(m, struct ip *);
 339         dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 340
 341         /*
 342          * Destination address changed?
 343          */
 344         if (m->m_flags & M_IP_NEXTHOP)
 345                 fwd_tag = m_tag_find(m, PACKET_TAG_IPFORWARD, NULL);
 346         if (odest.s_addr != dest.s_addr || fwd_tag != NULL) {
 347                 /*
 348                  * Is it now for a local address on this host?
 349                  */
 350                 if (m->m_flags & M_FASTFWD_OURS || in_localip(dest)) {
 351 forwardlocal:
 352                         /*
 353                          * Return packet for processing by ip_input().
 354                          */
 355                         m->m_flags |= M_FASTFWD_OURS;
 356                         if (ro.ro_rt)
 357                                 RTFREE(ro.ro_rt);
 358                         return m;
 359                 }
 360                 /*
 361                  * Redo route lookup with new destination address
 362                  */
 363                 if (fwd_tag) {
 364                         dest.s_addr = ((struct sockaddr_in *)
 365                                     (fwd_tag + 1))->sin_addr.s_addr;
 366                         m_tag_delete(m, fwd_tag);
 367                         m->m_flags &= ~M_IP_NEXTHOP;
 368                 }
 369                 RTFREE(ro.ro_rt);
 370                 if ((dst = ip_findroute(&ro, dest, m)) == NULL)
 371                         return NULL;    /* icmp unreach already sent */
 372                 ifp = ro.ro_rt->rt_ifp;
 373         }
 374
 375 passout:
 376         /*
 377          * Step 6: send off the packet
 378          */
 379         ip_len = ntohs(ip->ip_len);
 380         ip_off = ntohs(ip->ip_off);
 381
 382         /*
 383          * Check if route is dampned (when ARP is unable to resolve)
 384          */
 385         if ((ro.ro_rt->rt_flags & RTF_REJECT) &&
 386             (ro.ro_rt->rt_expire == 0 || time_uptime < ro.ro_rt->rt_expire)) {
 387                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 388                 goto consumed;
 389         }
 390
 391         /*
 392          * Check if media link state of interface is not down
 393          */
 394         if (ifp->if_link_state == LINK_STATE_DOWN) {
 395                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 396                 goto consumed;
 397         }
 398
 399         /*
 400          * Check if packet fits MTU or if hardware will fragment for us
 401          */
 402         if (ro.ro_rt->rt_mtu)
 403                 mtu = min(ro.ro_rt->rt_mtu, ifp->if_mtu);
 404         else
 405                 mtu = ifp->if_mtu;
 406
 407         if (ip_len <= mtu) {
 408                 /*
 409                  * Avoid confusing lower layers.
 410                  */
 411                 m_clrprotoflags(m);
 412                 /*
 413                  * Send off the packet via outgoing interface
 414                  */
 415                 IP_PROBE(send, NULL, NULL, ip, ifp, ip, NULL);
 416                 error = (*ifp->if_output)(ifp, m,
 417                                 (struct sockaddr *)dst, &ro);
 418         } else {
 419                 /*
 420                  * Handle EMSGSIZE with icmp reply needfrag for TCP MTU discovery
 421                  */
 422                 if (ip_off & IP_DF) {
 423                         IPSTAT_INC(ips_cantfrag);
 424                         icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_NEEDFRAG,
 425                                 0, mtu);
 426                         goto consumed;
 427                 } else {
 428                         /*
 429                          * We have to fragment the packet
 430                          */
 431                         m->m_pkthdr.csum_flags |= CSUM_IP;
 432                         if (ip_fragment(ip, &m, mtu, ifp->if_hwassist))
 433                                 goto drop;
 434                         KASSERT(m != NULL, ("null mbuf and no error"));
 435                         /*
 436                          * Send off the fragments via outgoing interface
 437                          */
 438                         error = 0;
 439                         do {
 440                                 m0 = m->m_nextpkt;
 441                                 m->m_nextpkt = NULL;
 442                                 /*
 443                                  * Avoid confusing lower layers.
 444                                  */
 445                                 m_clrprotoflags(m);
 446
 447                                 IP_PROBE(send, NULL, NULL, ip, ifp, ip, NULL);
 448                                 error = (*ifp->if_output)(ifp, m,
 449                                         (struct sockaddr *)dst, &ro);
 450                                 if (error)
 451                                         break;
 452                         } while ((m = m0) != NULL);
 453                         if (error) {
 454                                 /* Reclaim remaining fragments */
 455                                 for (m = m0; m; m = m0) {
 456                                         m0 = m->m_nextpkt;
 457                                         m_freem(m);
 458                                 }
 459                         } else
 460                                 IPSTAT_INC(ips_fragmented);
 461                 }
 462         }
 463
 464         if (error != 0)
 465                 IPSTAT_INC(ips_odropped);
 466         else {
 467                 counter_u64_add(ro.ro_rt->rt_pksent, 1);
 468                 IPSTAT_INC(ips_forward);
 469                 IPSTAT_INC(ips_fastforward);
 470         }
 471 consumed:
 472         RTFREE(ro.ro_rt);
 473         return NULL;
 474 drop:
 475         if (m)
 476                 m_freem(m);
 477         if (ro.ro_rt)
 478                 RTFREE(ro.ro_rt);
 479         return NULL;
 480 }