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/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_systm.h>
 101 #include <netinet/in_var.h>
 102 #include <netinet/ip.h>
 103 #include <netinet/ip_var.h>
 104 #include <netinet/ip_icmp.h>
 105 #include <netinet/ip_options.h>
 106
 107 #include <machine/in_cksum.h>
 108
 109 static VNET_DEFINE(int, ipfastforward_active);
 110 #define V_ipfastforward_active          VNET(ipfastforward_active)
 111
 112 SYSCTL_VNET_INT(_net_inet_ip, OID_AUTO, fastforwarding, CTLFLAG_RW,
 113     &VNET_NAME(ipfastforward_active), 0, "Enable fast IP forwarding");
 114
 115 static struct sockaddr_in *
 116 ip_findroute(struct route *ro, struct in_addr dest, struct mbuf *m)
 117 {
 118         struct sockaddr_in *dst;
 119         struct rtentry *rt;
 120
 121         /*
 122          * Find route to destination.
 123          */
 124         bzero(ro, sizeof(*ro));
 125         dst = (struct sockaddr_in *)&ro->ro_dst;
 126         dst->sin_family = AF_INET;
 127         dst->sin_len = sizeof(*dst);
 128         dst->sin_addr.s_addr = dest.s_addr;
 129         in_rtalloc_ign(ro, 0, M_GETFIB(m));
 130
 131         /*
 132          * Route there and interface still up?
 133          */
 134         rt = ro->ro_rt;
 135         if (rt && (rt->rt_flags & RTF_UP) &&
 136             (rt->rt_ifp->if_flags & IFF_UP) &&
 137             (rt->rt_ifp->if_drv_flags & IFF_DRV_RUNNING)) {
 138                 if (rt->rt_flags & RTF_GATEWAY)
 139                         dst = (struct sockaddr_in *)rt->rt_gateway;
 140         } else {
 141                 IPSTAT_INC(ips_noroute);
 142                 IPSTAT_INC(ips_cantforward);
 143                 if (rt)
 144                         RTFREE(rt);
 145                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 146                 return NULL;
 147         }
 148         return dst;
 149 }
 150
 151 /*
 152  * Try to forward a packet based on the destination address.
 153  * This is a fast path optimized for the plain forwarding case.
 154  * If the packet is handled (and consumed) here then we return 1;
 155  * otherwise 0 is returned and the packet should be delivered
 156  * to ip_input for full processing.
 157  */
 158 struct mbuf *
 159 ip_fastforward(struct mbuf *m)
 160 {
 161         struct ip *ip;
 162         struct mbuf *m0 = NULL;
 163         struct route ro;
 164         struct sockaddr_in *dst = NULL;
 165         struct ifnet *ifp;
 166         struct in_addr odest, dest;
 167         u_short sum, ip_len;
 168         int error = 0;
 169         int hlen, mtu;
 170 #ifdef IPFIREWALL_FORWARD
 171         struct m_tag *fwd_tag;
 172 #endif
 173
 174         /*
 175          * Are we active and forwarding packets?
 176          */
 177         if (!V_ipfastforward_active || !V_ipforwarding)
 178                 return m;
 179
 180         M_ASSERTVALID(m);
 181         M_ASSERTPKTHDR(m);
 182
 183         bzero(&ro, sizeof(ro));
 184
 185         /*
 186          * Step 1: check for packet drop conditions (and sanity checks)
 187          */
 188
 189         /*
 190          * Is entire packet big enough?
 191          */
 192         if (m->m_pkthdr.len < sizeof(struct ip)) {
 193                 IPSTAT_INC(ips_tooshort);
 194                 goto drop;
 195         }
 196
 197         /*
 198          * Is first mbuf large enough for ip header and is header present?
 199          */
 200         if (m->m_len < sizeof (struct ip) &&
 201            (m = m_pullup(m, sizeof (struct ip))) == NULL) {
 202                 IPSTAT_INC(ips_toosmall);
 203                 return NULL;    /* mbuf already free'd */
 204         }
 205
 206         ip = mtod(m, struct ip *);
 207
 208         /*
 209          * Is it IPv4?
 210          */
 211         if (ip->ip_v != IPVERSION) {
 212                 IPSTAT_INC(ips_badvers);
 213                 goto drop;
 214         }
 215
 216         /*
 217          * Is IP header length correct and is it in first mbuf?
 218          */
 219         hlen = ip->ip_hl << 2;
 220         if (hlen < sizeof(struct ip)) { /* minimum header length */
 221                 IPSTAT_INC(ips_badlen);
 222                 goto drop;
 223         }
 224         if (hlen > m->m_len) {
 225                 if ((m = m_pullup(m, hlen)) == NULL) {
 226                         IPSTAT_INC(ips_badhlen);
 227                         return NULL;    /* mbuf already free'd */
 228                 }
 229                 ip = mtod(m, struct ip *);
 230         }
 231
 232         /*
 233          * Checksum correct?
 234          */
 235         if (m->m_pkthdr.csum_flags & CSUM_IP_CHECKED)
 236                 sum = !(m->m_pkthdr.csum_flags & CSUM_IP_VALID);
 237         else {
 238                 if (hlen == sizeof(struct ip))
 239                         sum = in_cksum_hdr(ip);
 240                 else
 241                         sum = in_cksum(m, hlen);
 242         }
 243         if (sum) {
 244                 IPSTAT_INC(ips_badsum);
 245                 goto drop;
 246         }
 247
 248         /*
 249          * Remember that we have checked the IP header and found it valid.
 250          */
 251         m->m_pkthdr.csum_flags |= (CSUM_IP_CHECKED | CSUM_IP_VALID);
 252
 253         ip_len = ntohs(ip->ip_len);
 254
 255         /*
 256          * Is IP length longer than packet we have got?
 257          */
 258         if (m->m_pkthdr.len < ip_len) {
 259                 IPSTAT_INC(ips_tooshort);
 260                 goto drop;
 261         }
 262
 263         /*
 264          * Is packet longer than IP header tells us? If yes, truncate packet.
 265          */
 266         if (m->m_pkthdr.len > ip_len) {
 267                 if (m->m_len == m->m_pkthdr.len) {
 268                         m->m_len = ip_len;
 269                         m->m_pkthdr.len = ip_len;
 270                 } else
 271                         m_adj(m, ip_len - m->m_pkthdr.len);
 272         }
 273
 274         /*
 275          * Is packet from or to 127/8?
 276          */
 277         if ((ntohl(ip->ip_dst.s_addr) >> IN_CLASSA_NSHIFT) == IN_LOOPBACKNET ||
 278             (ntohl(ip->ip_src.s_addr) >> IN_CLASSA_NSHIFT) == IN_LOOPBACKNET) {
 279                 IPSTAT_INC(ips_badaddr);
 280                 goto drop;
 281         }
 282
 283 #ifdef ALTQ
 284         /*
 285          * Is packet dropped by traffic conditioner?
 286          */
 287         if (altq_input != NULL && (*altq_input)(m, AF_INET) == 0)
 288                 goto drop;
 289 #endif
 290
 291         /*
 292          * Step 2: fallback conditions to normal ip_input path processing
 293          */
 294
 295         /*
 296          * Only IP packets without options
 297          */
 298         if (ip->ip_hl != (sizeof(struct ip) >> 2)) {
 299                 if (ip_doopts == 1)
 300                         return m;
 301                 else if (ip_doopts == 2) {
 302                         icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_FILTER_PROHIB,
 303                                 0, 0);
 304                         return NULL;    /* mbuf already free'd */
 305                 }
 306                 /* else ignore IP options and continue */
 307         }
 308
 309         /*
 310          * Only unicast IP, not from loopback, no L2 or IP broadcast,
 311          * no multicast, no INADDR_ANY
 312          *
 313          * XXX: Probably some of these checks could be direct drop
 314          * conditions.  However it is not clear whether there are some
 315          * hacks or obscure behaviours which make it neccessary to
 316          * let ip_input handle it.  We play safe here and let ip_input
 317          * deal with it until it is proven that we can directly drop it.
 318          */
 319         if ((m->m_flags & (M_BCAST|M_MCAST)) ||
 320             (m->m_pkthdr.rcvif->if_flags & IFF_LOOPBACK) ||
 321             ntohl(ip->ip_src.s_addr) == (u_long)INADDR_BROADCAST ||
 322             ntohl(ip->ip_dst.s_addr) == (u_long)INADDR_BROADCAST ||
 323             IN_MULTICAST(ntohl(ip->ip_src.s_addr)) ||
 324             IN_MULTICAST(ntohl(ip->ip_dst.s_addr)) ||
 325             IN_LINKLOCAL(ntohl(ip->ip_src.s_addr)) ||
 326             IN_LINKLOCAL(ntohl(ip->ip_dst.s_addr)) ||
 327             ip->ip_src.s_addr == INADDR_ANY ||
 328             ip->ip_dst.s_addr == INADDR_ANY )
 329                 return m;
 330
 331         /*
 332          * Is it for a local address on this host?
 333          */
 334         if (in_localip(ip->ip_dst))
 335                 return m;
 336
 337         IPSTAT_INC(ips_total);
 338
 339         /*
 340          * Step 3: incoming packet firewall processing
 341          */
 342
 343         /*
 344          * Convert to host representation
 345          */
 346         ip->ip_len = ntohs(ip->ip_len);
 347         ip->ip_off = ntohs(ip->ip_off);
 348
 349         odest.s_addr = dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 350
 351         /*
 352          * Run through list of ipfilter hooks for input packets
 353          */
 354         if (!PFIL_HOOKED(&inet_pfil_hook))
 355                 goto passin;
 356
 357         if (pfil_run_hooks(&inet_pfil_hook, &m, m->m_pkthdr.rcvif, PFIL_IN, NULL) ||
 358             m == NULL)
 359                 goto drop;
 360
 361         M_ASSERTVALID(m);
 362         M_ASSERTPKTHDR(m);
 363
 364         ip = mtod(m, struct ip *);      /* m may have changed by pfil hook */
 365         dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 366
 367         /*
 368          * Destination address changed?
 369          */
 370         if (odest.s_addr != dest.s_addr) {
 371                 /*
 372                  * Is it now for a local address on this host?
 373                  */
 374                 if (in_localip(dest))
 375                         goto forwardlocal;
 376                 /*
 377                  * Go on with new destination address
 378                  */
 379         }
 380 #ifdef IPFIREWALL_FORWARD
 381         if (m->m_flags & M_FASTFWD_OURS) {
 382                 /*
 383                  * ipfw changed it for a local address on this host.
 384                  */
 385                 goto forwardlocal;
 386         }
 387 #endif /* IPFIREWALL_FORWARD */
 388
 389 passin:
 390         /*
 391          * Step 4: decrement TTL and look up route
 392          */
 393
 394         /*
 395          * Check TTL
 396          */
 397 #ifdef IPSTEALTH
 398         if (!V_ipstealth) {
 399 #endif
 400         if (ip->ip_ttl <= IPTTLDEC) {
 401                 icmp_error(m, ICMP_TIMXCEED, ICMP_TIMXCEED_INTRANS, 0, 0);
 402                 return NULL;    /* mbuf already free'd */
 403         }
 404
 405         /*
 406          * Decrement the TTL and incrementally change the IP header checksum.
 407          * Don't bother doing this with hw checksum offloading, it's faster
 408          * doing it right here.
 409          */
 410         ip->ip_ttl -= IPTTLDEC;
 411         if (ip->ip_sum >= (u_int16_t) ~htons(IPTTLDEC << 8))
 412                 ip->ip_sum -= ~htons(IPTTLDEC << 8);
 413         else
 414                 ip->ip_sum += htons(IPTTLDEC << 8);
 415 #ifdef IPSTEALTH
 416         }
 417 #endif
 418
 419         /*
 420          * Find route to destination.
 421          */
 422         if ((dst = ip_findroute(&ro, dest, m)) == NULL)
 423                 return NULL;    /* icmp unreach already sent */
 424         ifp = ro.ro_rt->rt_ifp;
 425
 426         /*
 427          * Immediately drop blackholed traffic, and directed broadcasts
 428          * for either the all-ones or all-zero subnet addresses on
 429          * locally attached networks.
 430          */
 431         if ((ro.ro_rt->rt_flags & (RTF_BLACKHOLE|RTF_BROADCAST)) != 0)
 432                 goto drop;
 433
 434         /*
 435          * Step 5: outgoing firewall packet processing
 436          */
 437
 438         /*
 439          * Run through list of hooks for output packets.
 440          */
 441         if (!PFIL_HOOKED(&inet_pfil_hook))
 442                 goto passout;
 443
 444         if (pfil_run_hooks(&inet_pfil_hook, &m, ifp, PFIL_OUT, NULL) || m == NULL) {
 445                 goto drop;
 446         }
 447
 448         M_ASSERTVALID(m);
 449         M_ASSERTPKTHDR(m);
 450
 451         ip = mtod(m, struct ip *);
 452         dest.s_addr = ip->ip_dst.s_addr;
 453
 454         /*
 455          * Destination address changed?
 456          */
 457 #ifndef IPFIREWALL_FORWARD
 458         if (odest.s_addr != dest.s_addr) {
 459 #else
 460         fwd_tag = m_tag_find(m, PACKET_TAG_IPFORWARD, NULL);
 461         if (odest.s_addr != dest.s_addr || fwd_tag != NULL) {
 462 #endif /* IPFIREWALL_FORWARD */
 463                 /*
 464                  * Is it now for a local address on this host?
 465                  */
 466 #ifndef IPFIREWALL_FORWARD
 467                 if (in_localip(dest)) {
 468 #else
 469                 if (m->m_flags & M_FASTFWD_OURS || in_localip(dest)) {
 470 #endif /* IPFIREWALL_FORWARD */
 471 forwardlocal:
 472                         /*
 473                          * Return packet for processing by ip_input().
 474                          * Keep host byte order as expected at ip_input's
 475                          * "ours"-label.
 476                          */
 477                         m->m_flags |= M_FASTFWD_OURS;
 478                         if (ro.ro_rt)
 479                                 RTFREE(ro.ro_rt);
 480                         return m;
 481                 }
 482                 /*
 483                  * Redo route lookup with new destination address
 484                  */
 485 #ifdef IPFIREWALL_FORWARD
 486                 if (fwd_tag) {
 487                         dest.s_addr = ((struct sockaddr_in *)
 488                                     (fwd_tag + 1))->sin_addr.s_addr;
 489                         m_tag_delete(m, fwd_tag);
 490                 }
 491 #endif /* IPFIREWALL_FORWARD */
 492                 RTFREE(ro.ro_rt);
 493                 if ((dst = ip_findroute(&ro, dest, m)) == NULL)
 494                         return NULL;    /* icmp unreach already sent */
 495                 ifp = ro.ro_rt->rt_ifp;
 496         }
 497
 498 passout:
 499         /*
 500          * Step 6: send off the packet
 501          */
 502
 503         /*
 504          * Check if route is dampned (when ARP is unable to resolve)
 505          */
 506         if ((ro.ro_rt->rt_flags & RTF_REJECT) &&
 507             (ro.ro_rt->rt_rmx.rmx_expire == 0 ||
 508             time_uptime < ro.ro_rt->rt_rmx.rmx_expire)) {
 509                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 510                 goto consumed;
 511         }
 512
 513 #ifndef ALTQ
 514         /*
 515          * Check if there is enough space in the interface queue
 516          */
 517         if ((ifp->if_snd.ifq_len + ip->ip_len / ifp->if_mtu + 1) >=
 518             ifp->if_snd.ifq_maxlen) {
 519                 IPSTAT_INC(ips_odropped);
 520                 /* would send source quench here but that is depreciated */
 521                 goto drop;
 522         }
 523 #endif
 524
 525         /*
 526          * Check if media link state of interface is not down
 527          */
 528         if (ifp->if_link_state == LINK_STATE_DOWN) {
 529                 icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_HOST, 0, 0);
 530                 goto consumed;
 531         }
 532
 533         /*
 534          * Check if packet fits MTU or if hardware will fragment for us
 535          */
 536         if (ro.ro_rt->rt_rmx.rmx_mtu)
 537                 mtu = min(ro.ro_rt->rt_rmx.rmx_mtu, ifp->if_mtu);
 538         else
 539                 mtu = ifp->if_mtu;
 540
 541         if (ip->ip_len <= mtu ||
 542             (ifp->if_hwassist & CSUM_FRAGMENT && (ip->ip_off & IP_DF) == 0)) {
 543                 /*
 544                  * Restore packet header fields to original values
 545                  */
 546                 ip->ip_len = htons(ip->ip_len);
 547                 ip->ip_off = htons(ip->ip_off);
 548                 /*
 549                  * Send off the packet via outgoing interface
 550                  */
 551                 error = (*ifp->if_output)(ifp, m,
 552                                 (struct sockaddr *)dst, &ro);
 553         } else {
 554                 /*
 555                  * Handle EMSGSIZE with icmp reply needfrag for TCP MTU discovery
 556                  */
 557                 if (ip->ip_off & IP_DF) {
 558                         IPSTAT_INC(ips_cantfrag);
 559                         icmp_error(m, ICMP_UNREACH, ICMP_UNREACH_NEEDFRAG,
 560                                 0, mtu);
 561                         goto consumed;
 562                 } else {
 563                         /*
 564                          * We have to fragment the packet
 565                          */
 566                         m->m_pkthdr.csum_flags |= CSUM_IP;
 567                         /*
 568                          * ip_fragment expects ip_len and ip_off in host byte
 569                          * order but returns all packets in network byte order
 570                          */
 571                         if (ip_fragment(ip, &m, mtu, ifp->if_hwassist,
 572                                         (~ifp->if_hwassist & CSUM_DELAY_IP))) {
 573                                 goto drop;
 574                         }
 575                         KASSERT(m != NULL, ("null mbuf and no error"));
 576                         /*
 577                          * Send off the fragments via outgoing interface
 578                          */
 579                         error = 0;
 580                         do {
 581                                 m0 = m->m_nextpkt;
 582                                 m->m_nextpkt = NULL;
 583
 584                                 error = (*ifp->if_output)(ifp, m,
 585                                         (struct sockaddr *)dst, &ro);
 586                                 if (error)
 587                                         break;
 588                         } while ((m = m0) != NULL);
 589                         if (error) {
 590                                 /* Reclaim remaining fragments */
 591                                 for (m = m0; m; m = m0) {
 592                                         m0 = m->m_nextpkt;
 593                                         m_freem(m);
 594                                 }
 595                         } else
 596                                 IPSTAT_INC(ips_fragmented);
 597                 }
 598         }
 599
 600         if (error != 0)
 601                 IPSTAT_INC(ips_odropped);
 602         else {
 603                 ro.ro_rt->rt_rmx.rmx_pksent++;
 604                 IPSTAT_INC(ips_forward);
 605                 IPSTAT_INC(ips_fastforward);
 606         }
 607 consumed:
 608         RTFREE(ro.ro_rt);
 609         return NULL;
 610 drop:
 611         if (m)
 612                 m_freem(m);
 613         if (ro.ro_rt)
 614                 RTFREE(ro.ro_rt);
 615         return NULL;
 616 }