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_ipstealth.h"
  80
  81 #include <sys/param.h>
  82 #include <sys/systm.h>
  83 #include <sys/kernel.h>
  84 #include <sys/malloc.h>
  85 #include <sys/mbuf.h>
  86 #include <sys/protosw.h>
  87 #include <sys/sdt.h>
  88 #include <sys/socket.h>
  89 #include <sys/sysctl.h>
  90
  91 #include <net/pfil.h>
  92 #include <net/if.h>
  93 #include <net/if_types.h>
  94 #include <net/if_var.h>
  95 #include <net/if_dl.h>
  96 #include <net/route.h>
  97 #include <net/vnet.h>
  98
  99 #include <netinet/in.h>
 100 #include <netinet/in_fib.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 int
 112 ip_findroute(struct nhop4_basic *pnh, struct in_addr dest, struct mbuf *m)
 113 {
 114
 115         bzero(pnh, sizeof(*pnh));
 116         if (fib4_lookup_nh_basic(M_GETFIB(m), dest, 0, 0, pnh) != 0) {
 117                 IPSTAT_INC(ips_noroute);
 118                 IPSTAT_INC(ips_cantforward);
 119                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 120                 return (EHOSTUNREACH);
 121         }
 122         /*
 123          * Drop blackholed traffic and directed broadcasts.
 124          */
 125         if ((pnh->nh_flags & (NHF_BLACKHOLE | NHF_BROADCAST)) != 0) {
 126                 IPSTAT_INC(ips_cantforward);
 127                 m_freem(m);
 128                 return (EHOSTUNREACH);
 129         }
 130
 131         if (pnh->nh_flags & NHF_REJECT) {
 132                 IPSTAT_INC(ips_cantforward);
 133                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 134                 return (EHOSTUNREACH);
 135         }
 136
 137         return (0);
 138 }
 139
 140 /*
 141  * Try to forward a packet based on the destination address.
 142  * This is a fast path optimized for the plain forwarding case.
 143  * If the packet is handled (and consumed) here then we return NULL;
 144  * otherwise mbuf is returned and the packet should be delivered
 145  * to ip_input for full processing.
 146  */
 147 struct mbuf *
 148 ip_tryforward(struct mbuf *m)
 149 {
 150         struct ip *ip;
 151         struct mbuf *m0 = NULL;
 152         struct nhop4_basic nh;
 153         struct sockaddr_in dst;
 154         struct in_addr dest, odest, rtdest;
 155         uint16_t ip_len, ip_off;
 156         int error = 0;
 157         struct m_tag *fwd_tag = NULL;
 158
 159         /*
 160          * Are we active and forwarding packets?
 161          */
 162
 163         M_ASSERTVALID(m);
 164         M_ASSERTPKTHDR(m);
 165
 166 #ifdef ALTQ
 167         /*
 168          * Is packet dropped by traffic conditioner?
 169          */
 170         if (altq_input != NULL && (*altq_input)(m, AF_INET) == 0)
 171                 goto drop;
 172 #endif
 173
 174         /*
 175          * Only IP packets without options
 176          */
 177         ip = mtod(m, struct ip *);
 178
 179         if (ip->ip_hl != (sizeof(struct ip) >> 2)) {
 180                 if (V_ip_doopts == 1)
 181                         return m;
 182                 else if (V_ip_doopts == 2) {
 183                         icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_FILTER_PROHIB,
 184                                 0, 0);
 185                         return NULL;    /* mbuf already free'd */
 186                 }
 187                 /* else ignore IP options and continue */
 188         }
 189
 190         /*
 191          * Only unicast IP, not from loopback, no L2 or IP broadcast,
 192          * no multicast, no INADDR_ANY
 193          *
 194          * XXX: Probably some of these checks could be direct drop
 195          * conditions.  However it is not clear whether there are some
 196          * hacks or obscure behaviours which make it necessary to
 197          * let ip_input handle it.  We play safe here and let ip_input
 198          * deal with it until it is proven that we can directly drop it.
 199          */
 200         if ((m->m_flags & (M_BCAST|M_MCAST)) ||
 201             (m->m_pkthdr.rcvif->if_flags & IFF_LOOPBACK) ||
 202             ntohl(ip->ip_src.s_addr) == (u_long)INADDR_BROADCAST ||
 203             ntohl(ip->ip_dst.s_addr) == (u_long)INADDR_BROADCAST ||
 204             IN_MULTICAST(ntohl(ip->ip_src.s_addr)) ||
 205             IN_MULTICAST(ntohl(ip->ip_dst.s_addr)) ||
 206             IN_LINKLOCAL(ntohl(ip->ip_src.s_addr)) ||
 207             IN_LINKLOCAL(ntohl(ip->ip_dst.s_addr)) ||
 208             ip->ip_src.s_addr == INADDR_ANY ||
 209             ip->ip_dst.s_addr == INADDR_ANY )
 210                 return m;
 211
 212         /*
 213          * Is it for a local address on this host?
 214          */
 215         if (in_localip(ip->ip_dst))
 216                 return m;
 217
 218         IPSTAT_INC(ips_total);
 219
 220         /*
 221          * Step 3: incoming packet firewall processing
 222          */
 223
 224         odest.s_addr = dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 225
 226         /*
 227          * Run through list of ipfilter hooks for input packets
 228          */
 229         if (!PFIL_HOOKED(&V_inet_pfil_hook))
 230                 goto passin;
 231
 232         if (pfil_run_hooks(
 233             &V_inet_pfil_hook, &m, m->m_pkthdr.rcvif, PFIL_IN, 0, NULL) ||
 234             m == NULL)
 235                 goto drop;
 236
 237         M_ASSERTVALID(m);
 238         M_ASSERTPKTHDR(m);
 239
 240         ip = mtod(m, struct ip *);      /* m may have changed by pfil hook */
 241         dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 242
 243         /*
 244          * Destination address changed?
 245          */
 246         if (odest.s_addr != dest.s_addr) {
 247                 /*
 248                  * Is it now for a local address on this host?
 249                  */
 250                 if (in_localip(dest))
 251                         goto forwardlocal;
 252                 /*
 253                  * Go on with new destination address
 254                  */
 255         }
 256
 257         if (m->m_flags & M_FASTFWD_OURS) {
 258                 /*
 259                  * ipfw changed it for a local address on this host.
 260                  */
 261                 goto forwardlocal;
 262         }
 263
 264 passin:
 265         /*
 266          * Step 4: decrement TTL and look up route
 267          */
 268
 269         /*
 270          * Check TTL
 271          */
 272 #ifdef IPSTEALTH
 273         if (!V_ipstealth) {
 274 #endif
 275         if (ip->ip_ttl <= IPTTLDEC) {
 276                 icmp_error(m, ICMP_TIMXCEED, ICMP_TIMXCEED_INTRANS, 0, 0);
 277                 return NULL;    /* mbuf already free'd */
 278         }
 279
 280         /*
 281          * Decrement the TTL and incrementally change the IP header checksum.
 282          * Don't bother doing this with hw checksum offloading, it's faster
 283          * doing it right here.
 284          */
 285         ip->ip_ttl -= IPTTLDEC;
 286         if (ip->ip_sum >= (u_int16_t) ~htons(IPTTLDEC << 8))
 287                 ip->ip_sum -= ~htons(IPTTLDEC << 8);
 288         else
 289                 ip->ip_sum += htons(IPTTLDEC << 8);
 290 #ifdef IPSTEALTH
 291         }
 292 #endif
 293
 294         /*
 295          * Next hop forced by pfil(9) hook?
 296          */
 297         if ((m->m_flags & M_IP_NEXTHOP) &&
 298             ((fwd_tag = m_tag_find(m, PACKET_TAG_IPFORWARD, NULL)) != NULL)) {
 299                 /*
 300                  * Now we will find route to forced destination.
 301                  */
 302                 dest.s_addr = ((struct sockaddr_in *)
 303                             (fwd_tag + 1))->sin_addr.s_addr;
 304                 m_tag_delete(m, fwd_tag);
 305                 m->m_flags &= ~M_IP_NEXTHOP;
 306         }
 307
 308         /*
 309          * Find route to destination.
 310          */
 311         if (ip_findroute(&nh, dest, m) != 0)
 312                 return (NULL);  /* icmp unreach already sent */
 313
 314         /*
 315          * Avoid second route lookup by caching destination.
 316          */
 317         rtdest.s_addr = dest.s_addr;
 318
 319         /*
 320          * Step 5: outgoing firewall packet processing
 321          */
 322         if (!PFIL_HOOKED(&V_inet_pfil_hook))
 323                 goto passout;
 324
 325         if (pfil_run_hooks(&V_inet_pfil_hook, &m, nh.nh_ifp, PFIL_OUT, PFIL_FWD,
 326             NULL) || m == NULL) {
 327                 goto drop;
 328         }
 329
 330         M_ASSERTVALID(m);
 331         M_ASSERTPKTHDR(m);
 332
 333         ip = mtod(m, struct ip *);
 334         dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 335
 336         /*
 337          * Destination address changed?
 338          */
 339         if (m->m_flags & M_IP_NEXTHOP)
 340                 fwd_tag = m_tag_find(m, PACKET_TAG_IPFORWARD, NULL);
 341         else
 342                 fwd_tag = NULL;
 343         if (odest.s_addr != dest.s_addr || fwd_tag != NULL) {
 344                 /*
 345                  * Is it now for a local address on this host?
 346                  */
 347                 if (m->m_flags & M_FASTFWD_OURS || in_localip(dest)) {
 348 forwardlocal:
 349                         /*
 350                          * Return packet for processing by ip_input().
 351                          */
 352                         m->m_flags |= M_FASTFWD_OURS;
 353                         return (m);
 354                 }
 355                 /*
 356                  * Redo route lookup with new destination address
 357                  */
 358                 if (fwd_tag) {
 359                         dest.s_addr = ((struct sockaddr_in *)
 360                                     (fwd_tag + 1))->sin_addr.s_addr;
 361                         m_tag_delete(m, fwd_tag);
 362                         m->m_flags &= ~M_IP_NEXTHOP;
 363                 }
 364                 if (dest.s_addr != rtdest.s_addr &&
 365                     ip_findroute(&nh, dest, m) != 0)
 366                         return (NULL);  /* icmp unreach already sent */
 367         }
 368
 369 passout:
 370         /*
 371          * Step 6: send off the packet
 372          */
 373         ip_len = ntohs(ip->ip_len);
 374         ip_off = ntohs(ip->ip_off);
 375
 376         bzero(&dst, sizeof(dst));
 377         dst.sin_family = AF_INET;
 378         dst.sin_len = sizeof(dst);
 379         dst.sin_addr = nh.nh_addr;
 380
 381         /*
 382          * Check if packet fits MTU or if hardware will fragment for us
 383          */
 384         if (ip_len <= nh.nh_mtu) {
 385                 /*
 386                  * Avoid confusing lower layers.
 387                  */
 388                 m_clrprotoflags(m);
 389                 /*
 390                  * Send off the packet via outgoing interface
 391                  */
 392                 IP_PROBE(send, NULL, NULL, ip, nh.nh_ifp, ip, NULL);
 393                 error = (*nh.nh_ifp->if_output)(nh.nh_ifp, m,
 394                     (struct sockaddr *)&dst, NULL);
 395         } else {
 396                 /*
 397                  * Handle EMSGSIZE with icmp reply needfrag for TCP MTU discovery
 398                  */
 399                 if (ip_off & IP_DF) {
 400                         IPSTAT_INC(ips_cantfrag);
 401                         icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_NEEDFRAG,
 402                                 0, nh.nh_mtu);
 403                         goto consumed;
 404                 } else {
 405                         /*
 406                          * We have to fragment the packet
 407                          */
 408                         m->m_pkthdr.csum_flags |= CSUM_IP;
 409                         if (ip_fragment(ip, &m, nh.nh_mtu,
 410                             nh.nh_ifp->if_hwassist) != 0)
 411                                 goto drop;
 412                         KASSERT(m != NULL, ("null mbuf and no error"));
 413                         /*
 414                          * Send off the fragments via outgoing interface
 415                          */
 416                         error = 0;
 417                         do {
 418                                 m0 = m->m_nextpkt;
 419                                 m->m_nextpkt = NULL;
 420                                 /*
 421                                  * Avoid confusing lower layers.
 422                                  */
 423                                 m_clrprotoflags(m);
 424
 425                                 IP_PROBE(send, NULL, NULL,
 426                                     mtod(m, struct ip *), nh.nh_ifp,
 427                                     mtod(m, struct ip *), NULL);
 428                                 /* XXX: we can use cached route here */
 429                                 error = (*nh.nh_ifp->if_output)(nh.nh_ifp, m,
 430                                     (struct sockaddr *)&dst, NULL);
 431                                 if (error)
 432                                         break;
 433                         } while ((m = m0) != NULL);
 434                         if (error) {
 435                                 /* Reclaim remaining fragments */
 436                                 for (m = m0; m; m = m0) {
 437                                         m0 = m->m_nextpkt;
 438                                         m_freem(m);
 439                                 }
 440                         } else
 441                                 IPSTAT_INC(ips_fragmented);
 442                 }
 443         }
 444
 445         if (error != 0)
 446                 IPSTAT_INC(ips_odropped);
 447         else {
 448                 IPSTAT_INC(ips_forward);
 449                 IPSTAT_INC(ips_fastforward);
 450         }
 451 consumed:
 452         return NULL;
 453 drop:
 454         if (m)
 455                 m_freem(m);
 456         return NULL;
 457 }