NAT64: Add NAT64 support for snat plugin (VPP-699)
[vpp.git] / src / plugins / snat / snat.h
1
2 /*
3  * snat.h - simple nat definitions
4  *
5  * Copyright (c) 2016 Cisco and/or its affiliates.
6  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
7  * you may not use this file except in compliance with the License.
8  * You may obtain a copy of the License at:
9  *
10  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
11  *
12  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
13  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
14  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
15  * See the License for the specific language governing permissions and
16  * limitations under the License.
17  */
18 #ifndef __included_snat_h__
19 #define __included_snat_h__
20
21 #include <vnet/vnet.h>
22 #include <vnet/ip/ip.h>
23 #include <vnet/ethernet/ethernet.h>
24 #include <vnet/ip/icmp46_packet.h>
25 #include <vnet/api_errno.h>
26 #include <vppinfra/bihash_8_8.h>
27 #include <vppinfra/dlist.h>
28 #include <vppinfra/error.h>
29 #include <vlibapi/api.h>
30
31
32 #define SNAT_UDP_TIMEOUT 300
33 #define SNAT_UDP_TIMEOUT_MIN 120
34 #define SNAT_TCP_TRANSITORY_TIMEOUT 240
35 #define SNAT_TCP_ESTABLISHED_TIMEOUT 7440
36 #define SNAT_TCP_INCOMING_SYN 6
37 #define SNAT_ICMP_TIMEOUT 60
38
39 /* Key */
40 typedef struct {
41   union 
42   {
43     struct 
44     {
45       ip4_address_t addr;
46       u16 port;
47       u16 protocol:3,
48         fib_index:13;
49     };
50     u64 as_u64;
51   };
52 } snat_session_key_t;
53
54 typedef struct {
55   union
56   {
57     struct
58     {
59       ip4_address_t ext_host_addr;
60       u16 ext_host_port;
61       u16 out_port;
62     };
63     u64 as_u64;
64   };
65 } snat_det_out_key_t;
66
67 typedef struct {
68   union
69   {
70     struct
71     {
72       ip4_address_t addr;
73       u32 fib_index;
74     };
75     u64 as_u64;
76   };
77 } snat_user_key_t;
78
79 typedef struct {
80   union
81   {
82     struct
83     {
84       ip4_address_t addr;
85       u16 port;
86       u16 fib_index;
87     };
88     u64 as_u64;
89   };
90 } snat_worker_key_t;
91
92
93 #define foreach_snat_protocol \
94   _(UDP, 0, udp, "udp")       \
95   _(TCP, 1, tcp, "tcp")       \
96   _(ICMP, 2, icmp, "icmp")
97
98 typedef enum {
99 #define _(N, i, n, s) SNAT_PROTOCOL_##N = i,
100   foreach_snat_protocol
101 #undef _
102 } snat_protocol_t;
103
104
105 #define foreach_snat_session_state          \
106   _(0, UNKNOWN, "unknown")                 \
107   _(1, UDP_ACTIVE, "udp-active")           \
108   _(2, TCP_SYN_SENT, "tcp-syn-sent")       \
109   _(3, TCP_ESTABLISHED, "tcp-established") \
110   _(4, TCP_FIN_WAIT, "tcp-fin-wait")       \
111   _(5, TCP_CLOSE_WAIT, "tcp-close-wait")   \
112   _(6, TCP_LAST_ACK, "tcp-last-ack")       \
113   _(7, ICMP_ACTIVE, "icmp-active")
114
115 typedef enum {
116 #define _(v, N, s) SNAT_SESSION_##N = v,
117   foreach_snat_session_state
118 #undef _
119 } snat_session_state_t;
120
121
122 #define SNAT_SESSION_FLAG_STATIC_MAPPING 1
123
124 typedef CLIB_PACKED(struct {
125   snat_session_key_t out2in;    /* 0-15 */
126
127   snat_session_key_t in2out;    /* 16-31 */
128
129   u32 flags;                    /* 32-35 */
130
131   /* per-user translations */
132   u32 per_user_index;           /* 36-39 */
133
134   u32 per_user_list_head_index; /* 40-43 */
135
136   /* Last heard timer */
137   f64 last_heard;               /* 44-51 */
138
139   u64 total_bytes;              /* 52-59 */
140   
141   u32 total_pkts;               /* 60-63 */
142
143   /* Outside address */
144   u32 outside_address_index;    /* 64-67 */
145
146 }) snat_session_t;
147
148
149 typedef struct {
150   ip4_address_t addr;
151   u32 fib_index;
152   u32 sessions_per_user_list_head_index;
153   u32 nsessions;
154   u32 nstaticsessions;
155 } snat_user_t;
156
157 typedef struct {
158   ip4_address_t addr;
159   u32 fib_index;
160 #define _(N, i, n, s) \
161   u32 busy_##n##_ports; \
162   uword * busy_##n##_port_bitmap;
163   foreach_snat_protocol
164 #undef _
165 } snat_address_t;
166
167 typedef struct {
168   u16 in_port;
169   snat_det_out_key_t out;
170   u8 state;
171   u32 expire;
172 } snat_det_session_t;
173
174 typedef struct {
175   ip4_address_t in_addr;
176   u8 in_plen;
177   ip4_address_t out_addr;
178   u8 out_plen;
179   u32 sharing_ratio;
180   u16 ports_per_host;
181   u32 ses_num;
182   /* vector of sessions */
183   snat_det_session_t * sessions;
184 } snat_det_map_t;
185
186 typedef struct {
187   ip4_address_t local_addr;
188   ip4_address_t external_addr;
189   u16 local_port;
190   u16 external_port;
191   u8 addr_only;
192   u32 vrf_id;
193   u32 fib_index;
194   snat_protocol_t proto;
195 } snat_static_mapping_t;
196
197 typedef struct {
198   u32 sw_if_index;
199   u8 is_inside;
200 } snat_interface_t;
201
202 typedef struct {
203   ip4_address_t l_addr;
204   u16 l_port;
205   u16 e_port;
206   u32 sw_if_index;
207   u32 vrf_id;
208   snat_protocol_t proto;
209   int addr_only;
210   int is_add;
211 } snat_static_map_resolve_t;
212
213 typedef struct {
214   /* User pool */
215   snat_user_t * users;
216
217   /* Session pool */
218   snat_session_t * sessions;
219
220   /* Pool of doubly-linked list elements */
221   dlist_elt_t * list_pool;
222 } snat_main_per_thread_data_t;
223
224 struct snat_main_s;
225
226 typedef u32 snat_icmp_match_function_t (struct snat_main_s *sm,
227                                         vlib_node_runtime_t *node,
228                                         u32 thread_index,
229                                         vlib_buffer_t *b0,
230                                         u8 *p_proto,
231                                         snat_session_key_t *p_value,
232                                         u8 *p_dont_translate,
233                                         void *d,
234                                         void *e);
235
236 typedef u32 (snat_get_worker_function_t) (ip4_header_t * ip, u32 rx_fib_index);
237
238 typedef struct snat_main_s {
239   /* Main lookup tables */
240   clib_bihash_8_8_t out2in;
241   clib_bihash_8_8_t in2out;
242
243   /* Find-a-user => src address lookup */
244   clib_bihash_8_8_t user_hash;
245
246   /* Non-translated packets worker lookup => src address + VRF */
247   clib_bihash_8_8_t worker_by_in;
248
249   /* Translated packets worker lookup => IP address + port number */
250   clib_bihash_8_8_t worker_by_out;
251
252   snat_icmp_match_function_t * icmp_match_in2out_cb;
253   snat_icmp_match_function_t * icmp_match_out2in_cb;
254
255   u32 num_workers;
256   u32 first_worker_index;
257   u32 next_worker;
258   u32 * workers;
259   snat_get_worker_function_t * worker_in2out_cb;
260   snat_get_worker_function_t * worker_out2in_cb;
261
262   /* Per thread data */
263   snat_main_per_thread_data_t * per_thread_data;
264
265   /* Find a static mapping by local */
266   clib_bihash_8_8_t static_mapping_by_local;
267
268   /* Find a static mapping by external */
269   clib_bihash_8_8_t static_mapping_by_external;
270
271   /* Static mapping pool */
272   snat_static_mapping_t * static_mappings;
273
274   /* Interface pool */
275   snat_interface_t * interfaces;
276
277   /* Vector of outside addresses */
278   snat_address_t * addresses;
279
280   /* sw_if_indices whose intfc addresses should be auto-added */
281   u32 * auto_add_sw_if_indices;
282
283   /* vector of interface address static mappings to resolve. */
284   snat_static_map_resolve_t *to_resolve;
285
286   /* Randomize port allocation order */
287   u32 random_seed;
288
289   /* Worker handoff index */
290   u32 fq_in2out_index;
291   u32 fq_out2in_index;
292
293   /* in2out and out2in node index */
294   u32 in2out_node_index;
295   u32 out2in_node_index;
296
297   /* Deterministic NAT */
298   snat_det_map_t * det_maps;
299
300   /* Config parameters */
301   u8 static_mapping_only;
302   u8 static_mapping_connection_tracking;
303   u8 deterministic;
304   u32 translation_buckets;
305   u32 translation_memory_size;
306   u32 user_buckets;
307   u32 user_memory_size;
308   u32 max_translations_per_user;
309   u32 outside_vrf_id;
310   u32 outside_fib_index;
311   u32 inside_vrf_id;
312   u32 inside_fib_index;
313
314   /* tenant VRF aware address pool activation flag */
315   u8 vrf_mode;
316
317   /* values of various timeouts */
318   u32 udp_timeout;
319   u32 tcp_established_timeout;
320   u32 tcp_transitory_timeout;
321   u32 icmp_timeout;
322
323   /* API message ID base */
324   u16 msg_id_base;
325
326   /* convenience */
327   vlib_main_t * vlib_main;
328   vnet_main_t * vnet_main;
329   ip4_main_t * ip4_main;
330   ip_lookup_main_t * ip4_lookup_main;
331   api_main_t * api_main;
332 } snat_main_t;
333
334 extern snat_main_t snat_main;
335 extern vlib_node_registration_t snat_in2out_node;
336 extern vlib_node_registration_t snat_out2in_node;
337 extern vlib_node_registration_t snat_in2out_fast_node;
338 extern vlib_node_registration_t snat_out2in_fast_node;
339 extern vlib_node_registration_t snat_in2out_worker_handoff_node;
340 extern vlib_node_registration_t snat_out2in_worker_handoff_node;
341 extern vlib_node_registration_t snat_det_in2out_node;
342 extern vlib_node_registration_t snat_det_out2in_node;
343
344 void snat_free_outside_address_and_port (snat_main_t * sm, 
345                                          snat_session_key_t * k, 
346                                          u32 address_index);
347
348 int snat_alloc_outside_address_and_port (snat_main_t * sm, 
349                                          u32 fib_index,
350                                          snat_session_key_t * k,
351                                          u32 * address_indexp);
352
353 int snat_static_mapping_match (snat_main_t * sm,
354                                snat_session_key_t match,
355                                snat_session_key_t * mapping,
356                                u8 by_external,
357                                u8 *is_addr_only);
358
359 void snat_add_del_addr_to_fib (ip4_address_t * addr,
360                                u8 p_len,
361                                u32 sw_if_index,
362                                int is_add);
363
364 format_function_t format_snat_user;
365
366 typedef struct {
367   u32 cached_sw_if_index;
368   u32 cached_ip4_address;
369 } snat_runtime_t;
370
371 /** \brief Check if SNAT session is created from static mapping.
372     @param s SNAT session
373     @return 1 if SNAT session is created from static mapping otherwise 0
374 */
375 #define snat_is_session_static(s) s->flags & SNAT_SESSION_FLAG_STATIC_MAPPING
376
377 /* 
378  * Why is this here? Because we don't need to touch this layer to
379  * simply reply to an icmp. We need to change id to a unique
380  * value to NAT an echo request/reply.
381  */
382    
383 typedef struct {
384   u16 identifier;
385   u16 sequence;
386 } icmp_echo_header_t;
387
388 always_inline u32
389 ip_proto_to_snat_proto (u8 ip_proto)
390 {
391   u32 snat_proto = ~0;
392
393   snat_proto = (ip_proto == IP_PROTOCOL_UDP) ? SNAT_PROTOCOL_UDP : snat_proto;
394   snat_proto = (ip_proto == IP_PROTOCOL_TCP) ? SNAT_PROTOCOL_TCP : snat_proto;
395   snat_proto = (ip_proto == IP_PROTOCOL_ICMP) ? SNAT_PROTOCOL_ICMP : snat_proto;
396   snat_proto = (ip_proto == IP_PROTOCOL_ICMP6) ? SNAT_PROTOCOL_ICMP : snat_proto;
397
398   return snat_proto;
399 }
400
401 always_inline u8
402 snat_proto_to_ip_proto (snat_protocol_t snat_proto)
403 {
404   u8 ip_proto = ~0;
405
406   ip_proto = (snat_proto == SNAT_PROTOCOL_UDP) ? IP_PROTOCOL_UDP : ip_proto;
407   ip_proto = (snat_proto == SNAT_PROTOCOL_TCP) ? IP_PROTOCOL_TCP : ip_proto;
408   ip_proto = (snat_proto == SNAT_PROTOCOL_ICMP) ? IP_PROTOCOL_ICMP : ip_proto;
409
410   return ip_proto;
411 }
412
413 typedef struct {
414   u16 src_port, dst_port;
415 } tcp_udp_header_t;
416
417 u32 icmp_match_in2out_fast(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node,
418                            u32 thread_index, vlib_buffer_t *b0, u8 *p_proto,
419                            snat_session_key_t *p_value,
420                            u8 *p_dont_translate, void *d, void *e);
421 u32 icmp_match_in2out_slow(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node,
422                            u32 thread_index, vlib_buffer_t *b0, u8 *p_proto,
423                            snat_session_key_t *p_value,
424                            u8 *p_dont_translate, void *d, void *e);
425 u32 icmp_match_in2out_det(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node,
426                           u32 thread_index, vlib_buffer_t *b0, u8 *p_proto,
427                           snat_session_key_t *p_value,
428                           u8 *p_dont_translate, void *d, void *e);
429 u32 icmp_match_out2in_fast(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node,
430                            u32 thread_index, vlib_buffer_t *b0, u8 *p_proto,
431                            snat_session_key_t *p_value,
432                            u8 *p_dont_translate, void *d, void *e);
433 u32 icmp_match_out2in_slow(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node,
434                            u32 thread_index, vlib_buffer_t *b0, u8 *p_proto,
435                            snat_session_key_t *p_value,
436                            u8 *p_dont_translate, void *d, void *e);
437 u32 icmp_match_out2in_det(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node,
438                           u32 thread_index, vlib_buffer_t *b0, u8 *p_proto,
439                           snat_session_key_t *p_value,
440                           u8 *p_dont_translate, void *d, void *e);
441 void increment_v4_address(ip4_address_t * a);
442 void snat_add_address(snat_main_t *sm, ip4_address_t *addr, u32 vrf_id);
443 int snat_del_address(snat_main_t *sm, ip4_address_t addr, u8 delete_sm);
444 int snat_add_static_mapping(ip4_address_t l_addr, ip4_address_t e_addr,
445                             u16 l_port, u16 e_port, u32 vrf_id, int addr_only,
446                             u32 sw_if_index, snat_protocol_t proto, int is_add);
447 clib_error_t * snat_api_init(vlib_main_t * vm, snat_main_t * sm);
448 int snat_set_workers (uword * bitmap);
449 int snat_interface_add_del(u32 sw_if_index, u8 is_inside, int is_del);
450 int snat_add_interface_address(snat_main_t *sm, u32 sw_if_index, int is_del);
451 uword unformat_snat_protocol(unformat_input_t * input, va_list * args);
452 u8 * format_snat_protocol(u8 * s, va_list * args);
453
454 static_always_inline u8
455 icmp_is_error_message (icmp46_header_t * icmp)
456 {
457   switch(icmp->type)
458     {
459     case ICMP4_destination_unreachable:
460     case ICMP4_time_exceeded:
461     case ICMP4_parameter_problem:
462     case ICMP4_source_quench:
463     case ICMP4_redirect:
464     case ICMP4_alternate_host_address:
465       return 1;
466     }
467   return 0;
468 }
469
470 static_always_inline u8
471 is_interface_addr(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node, u32 sw_if_index0,
472                   u32 ip4_addr)
473 {
474   snat_runtime_t *rt = (snat_runtime_t *) node->runtime_data;
475   ip4_address_t * first_int_addr;
476
477   if (PREDICT_FALSE(rt->cached_sw_if_index != sw_if_index0))
478     {
479       first_int_addr =
480         ip4_interface_first_address (sm->ip4_main, sw_if_index0,
481                                      0 /* just want the address */);
482       rt->cached_sw_if_index = sw_if_index0;
483       if (first_int_addr)
484         rt->cached_ip4_address = first_int_addr->as_u32;
485       else
486         rt->cached_ip4_address = 0;
487     }
488
489   if (PREDICT_FALSE(ip4_addr == rt->cached_ip4_address))
490     return 1;
491   else
492     return 0;
493 }
494
495 #endif /* __included_snat_h__ */