src/plugins/nat/det44/det44.h

   1 /*
   2  * det44.h - deterministic NAT definitions
   3  *
   4  * Copyright (c) 2020 Cisco and/or its affiliates.
   5  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   6  * you may not use this file except in compliance with the License.
   7  * You may obtain a copy of the License at:
   8  *
   9  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  10  *
  11  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  12  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  13  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  14  * See the License for the specific language governing permissions and
  15  * limitations under the License.
  16  */
  17
  18 /**
  19  * @file
  20  * @brief Deterministic NAT (CGN) definitions
  21  */
  22
  23 #ifndef __included_det44_h__
  24 #define __included_det44_h__
  25
  26 #include <vnet/vnet.h>
  27 #include <vnet/ip/ip.h>
  28 #include <vnet/ethernet/ethernet.h>
  29 #include <vnet/ip/icmp46_packet.h>
  30 #include <vnet/api_errno.h>
  31 #include <vnet/fib/fib_source.h>
  32 #include <vppinfra/dlist.h>
  33 #include <vppinfra/error.h>
  34 #include <vlibapi/api.h>
  35 #include <vlib/log.h>
  36 #include <vnet/fib/fib_table.h>
  37 #include <vnet/fib/ip4_fib.h>
  38 #include <vnet/ip/reass/ip4_sv_reass.h>
  39
  40 #include <nat/lib/lib.h>
  41 #include <nat/lib/inlines.h>
  42 #include <nat/lib/ipfix_logging.h>
  43 #include <nat/lib/nat_proto.h>
  44
  45 /* Session state */
  46 #define foreach_det44_session_state        \
  47   _(0, UNKNOWN, "unknown")                 \
  48   _(1, UDP_ACTIVE, "udp-active")           \
  49   _(2, TCP_SYN_SENT, "tcp-syn-sent")       \
  50   _(3, TCP_ESTABLISHED, "tcp-established") \
  51   _(4, TCP_FIN_WAIT, "tcp-fin-wait")       \
  52   _(5, TCP_CLOSE_WAIT, "tcp-close-wait")   \
  53   _(6, TCP_CLOSING, "tcp-closing")         \
  54   _(7, TCP_LAST_ACK, "tcp-last-ack")       \
  55   _(8, TCP_CLOSED, "tcp-closed")           \
  56   _(9, ICMP_ACTIVE, "icmp-active")
  57
  58 typedef enum
  59 {
  60 #define _(v, N, s) DET44_SESSION_##N = v,
  61   foreach_det44_session_state
  62 #undef _
  63 } det44_session_state_t;
  64
  65 #define DET44_SES_PER_USER 1000
  66
  67 typedef struct
  68 {
  69   u16 identifier;
  70   u16 sequence;
  71 } icmp_echo_header_t;
  72
  73 typedef struct
  74 {
  75   u16 src_port, dst_port;
  76 } tcp_udp_header_t;
  77
  78 typedef struct
  79 {
  80   u32 cached_sw_if_index;
  81   u32 cached_ip4_address;
  82 } det44_runtime_t;
  83
  84 /* deterministic session outside key */
  85 typedef struct
  86 {
  87   union
  88   {
  89     struct
  90     {
  91       ip4_address_t ext_host_addr;
  92       u16 ext_host_port;
  93       u16 out_port;
  94     };
  95     u64 as_u64;
  96   };
  97 } snat_det_out_key_t;
  98
  99 typedef struct
 100 {
 101   /* Inside network port */
 102   u16 in_port;
 103   /* Outside network address and port */
 104   snat_det_out_key_t out;
 105   /* Session state */
 106   u8 state;
 107   /* Expire timeout */
 108   u32 expire;
 109 } snat_det_session_t;
 110
 111 typedef struct
 112 {
 113   /* inside IP address range */
 114   ip4_address_t in_addr;
 115   u8 in_plen;
 116   /* outside IP address range */
 117   ip4_address_t out_addr;
 118   u8 out_plen;
 119   /* inside IP addresses / outside IP addresses */
 120   u32 sharing_ratio;
 121   /* number of ports available to internal host */
 122   u16 ports_per_host;
 123   /* session counter */
 124   u32 ses_num;
 125   /* vector of sessions */
 126   snat_det_session_t *sessions;
 127 } snat_det_map_t;
 128
 129 typedef struct
 130 {
 131   u32 sw_if_index;
 132   u8 flags;
 133 } det44_interface_t;
 134
 135 typedef struct
 136 {
 137   u32 outside_vrf_id;
 138   u32 inside_vrf_id;
 139 } det44_config_t;
 140
 141 typedef struct
 142 {
 143   u32 fib_index;
 144   u32 refcount;
 145 } det44_fib_t;
 146
 147 typedef struct det44_main_s
 148 {
 149   det44_config_t config;
 150
 151   u32 outside_fib_index;
 152   u32 inside_fib_index;
 153
 154   /* Vector of outside fibs */
 155   det44_fib_t *outside_fibs;
 156
 157   fib_source_t fib_src_hi;
 158   fib_source_t fib_src_low;
 159
 160   u32 out2in_node_index;
 161   u32 in2out_node_index;
 162
 163   /* Deterministic NAT mappings */
 164   snat_det_map_t *det_maps;
 165
 166   /* TCP MSS clamping */
 167   u16 mss_clamping;
 168
 169   /* Protocol timeouts */
 170   nat_timeouts_t timeouts;
 171
 172   /* Expire walk process node index */
 173   u32 expire_walk_node_index;
 174
 175   u32 enabled;
 176
 177   /* API message ID base */
 178   u16 msg_id_base;
 179
 180   /* log class */
 181   vlib_log_class_t log_class;
 182
 183   det44_interface_t *interfaces;
 184
 185   /* convenience */
 186   ip4_main_t *ip4_main;
 187   /* required */
 188   vnet_main_t *vnet_main;
 189
 190 } det44_main_t;
 191
 192 extern det44_main_t det44_main;
 193
 194 /* logging */
 195 #define det44_log_err(...) \
 196   vlib_log(VLIB_LOG_LEVEL_ERR, det44_main.log_class, __VA_ARGS__)
 197 #define det44_log_warn(...) \
 198   vlib_log(VLIB_LOG_LEVEL_WARNING, det44_main.log_class, __VA_ARGS__)
 199 #define det44_log_notice(...) \
 200   vlib_log(VLIB_LOG_LEVEL_NOTICE, det44_main.log_class, __VA_ARGS__)
 201 #define det44_log_info(...) \
 202   vlib_log(VLIB_LOG_LEVEL_INFO, det44_main.log_class, __VA_ARGS__)
 203 #define det44_log_debug(...)\
 204   vlib_log(VLIB_LOG_LEVEL_DEBUG, det44_main.log_class, __VA_ARGS__)
 205
 206 /* Deterministic NAT interface flags */
 207 #define DET44_INTERFACE_FLAG_IS_INSIDE 1
 208 #define DET44_INTERFACE_FLAG_IS_OUTSIDE 2
 209
 210 /** \brief Check if Deterministic NAT interface is inside.
 211     @param i Deterministic NAT interface
 212     @return 1 if inside interface
 213 */
 214 #define det44_interface_is_inside(i) i->flags & DET44_INTERFACE_FLAG_IS_INSIDE
 215
 216 /** \brief Check if Deterministic NAT interface is outside.
 217     @param i Deterministic NAT interface
 218     @return 1 if outside interface
 219 */
 220 #define det44_interface_is_outside(i) i->flags & DET44_INTERFACE_FLAG_IS_OUTSIDE
 221
 222 static_always_inline u8
 223 plugin_enabled ()
 224 {
 225   det44_main_t *dm = &det44_main;
 226   return dm->enabled;
 227 }
 228
 229 extern vlib_node_registration_t det44_in2out_node;
 230 extern vlib_node_registration_t det44_out2in_node;
 231
 232 int det44_plugin_enable (det44_config_t);
 233 int det44_plugin_disable ();
 234
 235 int det44_interface_add_del (u32 sw_if_index, u8 is_inside, int is_del);
 236
 237 int det44_set_timeouts (nat_timeouts_t * timeouts);
 238 nat_timeouts_t det44_get_timeouts ();
 239 void det44_reset_timeouts ();
 240
 241 /* format functions */
 242 format_function_t format_det_map_ses;
 243
 244 int snat_det_add_map (ip4_address_t * in_addr, u8 in_plen,
 245                       ip4_address_t * out_addr, u8 out_plen, int is_add);
 246
 247 /* icmp session match functions */
 248 u32 icmp_match_out2in_det (vlib_node_runtime_t * node,
 249                            u32 thread_index, vlib_buffer_t * b0,
 250                            ip4_header_t * ip0, ip4_address_t * addr,
 251                            u16 * port, u32 * fib_index,
 252                            nat_protocol_t * proto, void *d, void *e,
 253                            u8 * dont_translate);
 254 u32 icmp_match_in2out_det (vlib_node_runtime_t * node,
 255                            u32 thread_index, vlib_buffer_t * b0,
 256                            ip4_header_t * ip0, ip4_address_t * addr,
 257                            u16 * port, u32 * fib_index,
 258                            nat_protocol_t * proto, void *d, void *e,
 259                            u8 * dont_translate);
 260 u32 det44_icmp_in2out (vlib_buffer_t * b0, ip4_header_t * ip0,
 261                        icmp46_header_t * icmp0, u32 sw_if_index0,
 262                        u32 rx_fib_index0, vlib_node_runtime_t * node,
 263                        u32 next0, u32 thread_index, void *d, void *e);
 264 u32 det44_icmp_out2in (vlib_buffer_t * b0, ip4_header_t * ip0,
 265                        icmp46_header_t * icmp0, u32 sw_if_index0,
 266                        u32 rx_fib_index0, vlib_node_runtime_t * node,
 267                        u32 next0, u32 thread_index, void *d, void *e);
 268
 269 static_always_inline int
 270 is_addr_in_net (ip4_address_t * addr, ip4_address_t * net, u8 plen)
 271 {
 272   if (net->as_u32 == (addr->as_u32 & ip4_main.fib_masks[plen]))
 273     return 1;
 274   return 0;
 275 }
 276
 277 static_always_inline snat_det_map_t *
 278 snat_det_map_by_user (ip4_address_t * user_addr)
 279 {
 280   det44_main_t *dm = &det44_main;
 281   snat_det_map_t *mp;
 282   pool_foreach (mp, dm->det_maps)
 283    {
 284     if (is_addr_in_net(user_addr, &mp->in_addr, mp->in_plen))
 285       return mp;
 286   }
 287   return 0;
 288 }
 289
 290 static_always_inline snat_det_map_t *
 291 snat_det_map_by_out (ip4_address_t * out_addr)
 292 {
 293   det44_main_t *dm = &det44_main;
 294   snat_det_map_t *mp;
 295   pool_foreach (mp, dm->det_maps)
 296    {
 297     if (is_addr_in_net(out_addr, &mp->out_addr, mp->out_plen))
 298       return mp;
 299   }
 300   return 0;
 301 }
 302
 303 static_always_inline void
 304 snat_det_forward (snat_det_map_t * dm, ip4_address_t * in_addr,
 305                   ip4_address_t * out_addr, u16 * lo_port)
 306 {
 307   u32 in_offset, out_offset;
 308
 309   in_offset = clib_net_to_host_u32 (in_addr->as_u32) -
 310     clib_net_to_host_u32 (dm->in_addr.as_u32);
 311   out_offset = in_offset / dm->sharing_ratio;
 312   out_addr->as_u32 =
 313     clib_host_to_net_u32 (clib_net_to_host_u32 (dm->out_addr.as_u32) +
 314                           out_offset);
 315   *lo_port = 1024 + dm->ports_per_host * (in_offset % dm->sharing_ratio);
 316 }
 317
 318 static_always_inline void
 319 snat_det_reverse (snat_det_map_t * dm, ip4_address_t * out_addr, u16 out_port,
 320                   ip4_address_t * in_addr)
 321 {
 322   u32 in_offset1, in_offset2, out_offset;
 323
 324   out_offset = clib_net_to_host_u32 (out_addr->as_u32) -
 325     clib_net_to_host_u32 (dm->out_addr.as_u32);
 326   in_offset1 = out_offset * dm->sharing_ratio;
 327   in_offset2 = (out_port - 1024) / dm->ports_per_host;
 328   in_addr->as_u32 =
 329     clib_host_to_net_u32 (clib_net_to_host_u32 (dm->in_addr.as_u32) +
 330                           in_offset1 + in_offset2);
 331 }
 332
 333 static_always_inline u32
 334 snat_det_user_ses_offset (ip4_address_t * addr, u8 plen)
 335 {
 336   return (clib_net_to_host_u32 (addr->as_u32) & pow2_mask (32 - plen)) *
 337     DET44_SES_PER_USER;
 338 }
 339
 340 static_always_inline snat_det_session_t *
 341 snat_det_get_ses_by_out (snat_det_map_t * dm, ip4_address_t * in_addr,
 342                          u64 out_key)
 343 {
 344   u32 user_offset;
 345   u16 i;
 346
 347   user_offset = snat_det_user_ses_offset (in_addr, dm->in_plen);
 348   for (i = 0; i < DET44_SES_PER_USER; i++)
 349     {
 350       if (dm->sessions[i + user_offset].out.as_u64 == out_key)
 351         return &dm->sessions[i + user_offset];
 352     }
 353
 354   return 0;
 355 }
 356
 357 static_always_inline snat_det_session_t *
 358 snat_det_find_ses_by_in (snat_det_map_t * dm, ip4_address_t * in_addr,
 359                          u16 in_port, snat_det_out_key_t out_key)
 360 {
 361   snat_det_session_t *ses;
 362   u32 user_offset;
 363   u16 i;
 364
 365   user_offset = snat_det_user_ses_offset (in_addr, dm->in_plen);
 366   for (i = 0; i < DET44_SES_PER_USER; i++)
 367     {
 368       ses = &dm->sessions[i + user_offset];
 369       if (ses->in_port == in_port &&
 370           ses->out.ext_host_addr.as_u32 == out_key.ext_host_addr.as_u32 &&
 371           ses->out.ext_host_port == out_key.ext_host_port)
 372         return &dm->sessions[i + user_offset];
 373     }
 374
 375   return 0;
 376 }
 377
 378 static_always_inline snat_det_session_t *
 379 snat_det_ses_create (u32 thread_index, snat_det_map_t * dm,
 380                      ip4_address_t * in_addr, u16 in_port,
 381                      snat_det_out_key_t * out)
 382 {
 383   u32 user_offset;
 384   u16 i;
 385
 386   user_offset = snat_det_user_ses_offset (in_addr, dm->in_plen);
 387
 388   for (i = 0; i < DET44_SES_PER_USER; i++)
 389     {
 390       if (!dm->sessions[i + user_offset].in_port)
 391         {
 392           if (clib_atomic_bool_cmp_and_swap
 393               (&dm->sessions[i + user_offset].in_port, 0, in_port))
 394             {
 395               dm->sessions[i + user_offset].out.as_u64 = out->as_u64;
 396               dm->sessions[i + user_offset].state = DET44_SESSION_UNKNOWN;
 397               dm->sessions[i + user_offset].expire = 0;
 398               clib_atomic_add_fetch (&dm->ses_num, 1);
 399               return &dm->sessions[i + user_offset];
 400             }
 401         }
 402     }
 403
 404   nat_ipfix_logging_max_entries_per_user (thread_index,
 405                                           DET44_SES_PER_USER,
 406                                           in_addr->as_u32);
 407   return 0;
 408 }
 409
 410 static_always_inline void
 411 snat_det_ses_close (snat_det_map_t * dm, snat_det_session_t * ses)
 412 {
 413   if (clib_atomic_bool_cmp_and_swap (&ses->in_port, ses->in_port, 0))
 414     {
 415       ses->out.as_u64 = 0;
 416       clib_atomic_add_fetch (&dm->ses_num, -1);
 417     }
 418 }
 419
 420 clib_error_t *det44_api_hookup (vlib_main_t * vm);
 421
 422 #endif /* __included_det44_h__ */
 423
 424 /*
 425  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 426  *
 427  * Local Variables:
 428  * eval: (c-set-style "gnu")
 429  * End:
 430  */