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_kdtrace.h>
 101 #include <netinet/in_systm.h>
 102 #include <netinet/in_var.h>
 103 #include <netinet/ip.h>
 104 #include <netinet/ip_var.h>
 105 #include <netinet/ip_icmp.h>
 106 #include <netinet/ip_options.h>
 107
 108 #include <machine/in_cksum.h>
 109
 110 static struct sockaddr_in *
 111 ip_findroute(struct route *ro, struct in_addr dest, struct mbuf *m)
 112 {
 113         struct sockaddr_in *dst;
 114         struct rtentry *rt;
 115
 116         /*
 117          * Find route to destination.
 118          */
 119         bzero(ro, sizeof(*ro));
 120         dst = (struct sockaddr_in *)&ro->ro_dst;
 121         dst->sin_family = AF_INET;
 122         dst->sin_len = sizeof(*dst);
 123         dst->sin_addr.s_addr = dest.s_addr;
 124         in_rtalloc_ign(ro, 0, M_GETFIB(m));
 125
 126         /*
 127          * Route there and interface still up?
 128          */
 129         rt = ro->ro_rt;
 130         if (rt && (rt->rt_flags & RTF_UP) &&
 131             (rt->rt_ifp->if_flags & IFF_UP) &&
 132             (rt->rt_ifp->if_drv_flags & IFF_DRV_RUNNING)) {
 133                 if (rt->rt_flags & RTF_GATEWAY)
 134                         dst = (struct sockaddr_in *)rt->rt_gateway;
 135         } else {
 136                 IPSTAT_INC(ips_noroute);
 137                 IPSTAT_INC(ips_cantforward);
 138                 if (rt)
 139                         RTFREE(rt);
 140                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 141                 return NULL;
 142         }
 143         return dst;
 144 }
 145
 146 /*
 147  * Try to forward a packet based on the destination address.
 148  * This is a fast path optimized for the plain forwarding case.
 149  * If the packet is handled (and consumed) here then we return NULL;
 150  * otherwise mbuf is returned and the packet should be delivered
 151  * to ip_input for full processing.
 152  */
 153 struct mbuf *
 154 ip_tryforward(struct mbuf *m)
 155 {
 156         struct ip *ip;
 157         struct mbuf *m0 = NULL;
 158         struct route ro;
 159         struct sockaddr_in *dst = NULL;
 160         struct ifnet *ifp;
 161         struct in_addr odest, dest;
 162         uint16_t ip_len, ip_off;
 163         int error = 0;
 164         int mtu;
 165         struct m_tag *fwd_tag = NULL;
 166
 167         /*
 168          * Are we active and forwarding packets?
 169          */
 170
 171         M_ASSERTVALID(m);
 172         M_ASSERTPKTHDR(m);
 173
 174         bzero(&ro, sizeof(ro));
 175
 176
 177 #ifdef ALTQ
 178         /*
 179          * Is packet dropped by traffic conditioner?
 180          */
 181         if (altq_input != NULL && (*altq_input)(m, AF_INET) == 0)
 182                 goto drop;
 183 #endif
 184
 185         /*
 186          * Only IP packets without options
 187          */
 188         ip = mtod(m, struct ip *);
 189
 190         if (ip->ip_hl != (sizeof(struct ip) >> 2)) {
 191                 if (V_ip_doopts == 1)
 192                         return m;
 193                 else if (V_ip_doopts == 2) {
 194                         icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_FILTER_PROHIB,
 195                                 0, 0);
 196                         return NULL;    /* mbuf already free'd */
 197                 }
 198                 /* else ignore IP options and continue */
 199         }
 200
 201         /*
 202          * Only unicast IP, not from loopback, no L2 or IP broadcast,
 203          * no multicast, no INADDR_ANY
 204          *
 205          * XXX: Probably some of these checks could be direct drop
 206          * conditions.  However it is not clear whether there are some
 207          * hacks or obscure behaviours which make it necessary to
 208          * let ip_input handle it.  We play safe here and let ip_input
 209          * deal with it until it is proven that we can directly drop it.
 210          */
 211         if ((m->m_flags & (M_BCAST|M_MCAST)) ||
 212             (m->m_pkthdr.rcvif->if_flags & IFF_LOOPBACK) ||
 213             ntohl(ip->ip_src.s_addr) == (u_long)INADDR_BROADCAST ||
 214             ntohl(ip->ip_dst.s_addr) == (u_long)INADDR_BROADCAST ||
 215             IN_MULTICAST(ntohl(ip->ip_src.s_addr)) ||
 216             IN_MULTICAST(ntohl(ip->ip_dst.s_addr)) ||
 217             IN_LINKLOCAL(ntohl(ip->ip_src.s_addr)) ||
 218             IN_LINKLOCAL(ntohl(ip->ip_dst.s_addr)) ||
 219             ip->ip_src.s_addr == INADDR_ANY ||
 220             ip->ip_dst.s_addr == INADDR_ANY )
 221                 return m;
 222
 223         /*
 224          * Is it for a local address on this host?
 225          */
 226         if (in_localip(ip->ip_dst))
 227                 return m;
 228
 229         IPSTAT_INC(ips_total);
 230
 231         /*
 232          * Step 3: incoming packet firewall processing
 233          */
 234
 235         odest.s_addr = dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 236
 237         /*
 238          * Run through list of ipfilter hooks for input packets
 239          */
 240         if (!PFIL_HOOKED(&V_inet_pfil_hook))
 241                 goto passin;
 242
 243         if (pfil_run_hooks(
 244             &V_inet_pfil_hook, &m, m->m_pkthdr.rcvif, PFIL_IN, NULL) ||
 245             m == NULL)
 246                 goto drop;
 247
 248         M_ASSERTVALID(m);
 249         M_ASSERTPKTHDR(m);
 250
 251         ip = mtod(m, struct ip *);      /* m may have changed by pfil hook */
 252         dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 253
 254         /*
 255          * Destination address changed?
 256          */
 257         if (odest.s_addr != dest.s_addr) {
 258                 /*
 259                  * Is it now for a local address on this host?
 260                  */
 261                 if (in_localip(dest))
 262                         goto forwardlocal;
 263                 /*
 264                  * Go on with new destination address
 265                  */
 266         }
 267
 268         if (m->m_flags & M_FASTFWD_OURS) {
 269                 /*
 270                  * ipfw changed it for a local address on this host.
 271                  */
 272                 goto forwardlocal;
 273         }
 274
 275 passin:
 276         /*
 277          * Step 4: decrement TTL and look up route
 278          */
 279
 280         /*
 281          * Check TTL
 282          */
 283 #ifdef IPSTEALTH
 284         if (!V_ipstealth) {
 285 #endif
 286         if (ip->ip_ttl <= IPTTLDEC) {
 287                 icmp_error(m, ICMP_TIMXCEED, ICMP_TIMXCEED_INTRANS, 0, 0);
 288                 return NULL;    /* mbuf already free'd */
 289         }
 290
 291         /*
 292          * Decrement the TTL and incrementally change the IP header checksum.
 293          * Don't bother doing this with hw checksum offloading, it's faster
 294          * doing it right here.
 295          */
 296         ip->ip_ttl -= IPTTLDEC;
 297         if (ip->ip_sum >= (u_int16_t) ~htons(IPTTLDEC << 8))
 298                 ip->ip_sum -= ~htons(IPTTLDEC << 8);
 299         else
 300                 ip->ip_sum += htons(IPTTLDEC << 8);
 301 #ifdef IPSTEALTH
 302         }
 303 #endif
 304
 305         /*
 306          * Find route to destination.
 307          */
 308         if ((dst = ip_findroute(&ro, dest, m)) == NULL)
 309                 return NULL;    /* icmp unreach already sent */
 310         ifp = ro.ro_rt->rt_ifp;
 311
 312         /*
 313          * Immediately drop blackholed traffic, and directed broadcasts
 314          * for either the all-ones or all-zero subnet addresses on
 315          * locally attached networks.
 316          */
 317         if ((ro.ro_rt->rt_flags & (RTF_BLACKHOLE|RTF_BROADCAST)) != 0)
 318                 goto drop;
 319
 320         /*
 321          * Step 5: outgoing firewall packet processing
 322          */
 323
 324         /*
 325          * Run through list of hooks for output packets.
 326          */
 327         if (!PFIL_HOOKED(&V_inet_pfil_hook))
 328                 goto passout;
 329
 330         if (pfil_run_hooks(&V_inet_pfil_hook, &m, ifp, PFIL_OUT, NULL) || m == NULL) {
 331                 goto drop;
 332         }
 333
 334         M_ASSERTVALID(m);
 335         M_ASSERTPKTHDR(m);
 336
 337         ip = mtod(m, struct ip *);
 338         dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 339
 340         /*
 341          * Destination address changed?
 342          */
 343         if (m->m_flags & M_IP_NEXTHOP)
 344                 fwd_tag = m_tag_find(m, PACKET_TAG_IPFORWARD, NULL);
 345         if (odest.s_addr != dest.s_addr || fwd_tag != NULL) {
 346                 /*
 347                  * Is it now for a local address on this host?
 348                  */
 349                 if (m->m_flags & M_FASTFWD_OURS || in_localip(dest)) {
 350 forwardlocal:
 351                         /*
 352                          * Return packet for processing by ip_input().
 353                          */
 354                         m->m_flags |= M_FASTFWD_OURS;
 355                         if (ro.ro_rt)
 356                                 RTFREE(ro.ro_rt);
 357                         return m;
 358                 }
 359                 /*
 360                  * Redo route lookup with new destination address
 361                  */
 362                 if (fwd_tag) {
 363                         dest.s_addr = ((struct sockaddr_in *)
 364                                     (fwd_tag + 1))->sin_addr.s_addr;
 365                         m_tag_delete(m, fwd_tag);
 366                         m->m_flags &= ~M_IP_NEXTHOP;
 367                 }
 368                 RTFREE(ro.ro_rt);
 369                 if ((dst = ip_findroute(&ro, dest, m)) == NULL)
 370                         return NULL;    /* icmp unreach already sent */
 371                 ifp = ro.ro_rt->rt_ifp;
 372         }
 373
 374 passout:
 375         /*
 376          * Step 6: send off the packet
 377          */
 378         ip_len = ntohs(ip->ip_len);
 379         ip_off = ntohs(ip->ip_off);
 380
 381         /*
 382          * Check if route is dampned (when ARP is unable to resolve)
 383          */
 384         if ((ro.ro_rt->rt_flags & RTF_REJECT) &&
 385             (ro.ro_rt->rt_expire == 0 || time_uptime < ro.ro_rt->rt_expire)) {
 386                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 387                 goto consumed;
 388         }
 389
 390         /*
 391          * Check if media link state of interface is not down
 392          */
 393         if (ifp->if_link_state == LINK_STATE_DOWN) {
 394                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 395                 goto consumed;
 396         }
 397
 398         /*
 399          * Check if packet fits MTU or if hardware will fragment for us
 400          */
 401         if (ro.ro_rt->rt_mtu)
 402                 mtu = min(ro.ro_rt->rt_mtu, ifp->if_mtu);
 403         else
 404                 mtu = ifp->if_mtu;
 405
 406         if (ip_len <= mtu) {
 407                 /*
 408                  * Avoid confusing lower layers.
 409                  */
 410                 m_clrprotoflags(m);
 411                 /*
 412                  * Send off the packet via outgoing interface
 413                  */
 414                 IP_PROBE(send, NULL, NULL, ip, ifp, ip, NULL);
 415                 error = (*ifp->if_output)(ifp, m,
 416                                 (struct sockaddr *)dst, &ro);
 417         } else {
 418                 /*
 419                  * Handle EMSGSIZE with icmp reply needfrag for TCP MTU discovery
 420                  */
 421                 if (ip_off & IP_DF) {
 422                         IPSTAT_INC(ips_cantfrag);
 423                         icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_NEEDFRAG,
 424                                 0, mtu);
 425                         goto consumed;
 426                 } else {
 427                         /*
 428                          * We have to fragment the packet
 429                          */
 430                         m->m_pkthdr.csum_flags |= CSUM_IP;
 431                         if (ip_fragment(ip, &m, mtu, ifp->if_hwassist))
 432                                 goto drop;
 433                         KASSERT(m != NULL, ("null mbuf and no error"));
 434                         /*
 435                          * Send off the fragments via outgoing interface
 436                          */
 437                         error = 0;
 438                         do {
 439                                 m0 = m->m_nextpkt;
 440                                 m->m_nextpkt = NULL;
 441                                 /*
 442                                  * Avoid confusing lower layers.
 443                                  */
 444                                 m_clrprotoflags(m);
 445
 446                                 IP_PROBE(send, NULL, NULL, ip, ifp, ip, NULL);
 447                                 error = (*ifp->if_output)(ifp, m,
 448                                         (struct sockaddr *)dst, &ro);
 449                                 if (error)
 450                                         break;
 451                         } while ((m = m0) != NULL);
 452                         if (error) {
 453                                 /* Reclaim remaining fragments */
 454                                 for (m = m0; m; m = m0) {
 455                                         m0 = m->m_nextpkt;
 456                                         m_freem(m);
 457                                 }
 458                         } else
 459                                 IPSTAT_INC(ips_fragmented);
 460                 }
 461         }
 462
 463         if (error != 0)
 464                 IPSTAT_INC(ips_odropped);
 465         else {
 466                 counter_u64_add(ro.ro_rt->rt_pksent, 1);
 467                 IPSTAT_INC(ips_forward);
 468                 IPSTAT_INC(ips_fastforward);
 469         }
 470 consumed:
 471         RTFREE(ro.ro_rt);
 472         return NULL;
 473 drop:
 474         if (m)
 475                 m_freem(m);
 476         if (ro.ro_rt)
 477                 RTFREE(ro.ro_rt);
 478         return NULL;
 479 }