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_TCP_TRANSITORY_TIMEOUT 240
  34 #define SNAT_TCP_ESTABLISHED_TIMEOUT 7440
  35
  36 /* Key */
  37 typedef struct {
  38   union
  39   {
  40     struct
  41     {
  42       ip4_address_t addr;
  43       u16 port;
  44       u16 protocol:3,
  45         fib_index:13;
  46     };
  47     u64 as_u64;
  48   };
  49 } snat_session_key_t;
  50
  51 typedef struct {
  52   union
  53   {
  54     struct
  55     {
  56       ip4_address_t ext_host_addr;
  57       u16 ext_host_port;
  58       u16 out_port;
  59     };
  60     u64 as_u64;
  61   };
  62 } snat_det_out_key_t;
  63
  64 typedef struct {
  65   union
  66   {
  67     struct
  68     {
  69       ip4_address_t addr;
  70       u32 fib_index;
  71     };
  72     u64 as_u64;
  73   };
  74 } snat_user_key_t;
  75
  76 typedef struct {
  77   union
  78   {
  79     struct
  80     {
  81       ip4_address_t addr;
  82       u16 port;
  83       u16 fib_index;
  84     };
  85     u64 as_u64;
  86   };
  87 } snat_worker_key_t;
  88
  89
  90 #define foreach_snat_protocol \
  91   _(UDP, 0, udp, "udp")       \
  92   _(TCP, 1, tcp, "tcp")       \
  93   _(ICMP, 2, icmp, "icmp")
  94
  95 typedef enum {
  96 #define _(N, i, n, s) SNAT_PROTOCOL_##N = i,
  97   foreach_snat_protocol
  98 #undef _
  99 } snat_protocol_t;
 100
 101
 102 #define foreach_snat_session_state          \
 103   _(0, UNKNOWN, "unknown")                 \
 104   _(1, UDP_ACTIVE, "udp-active")           \
 105   _(2, TCP_SYN_SENT, "tcp-syn-sent")       \
 106   _(3, TCP_ESTABLISHED, "tcp-established") \
 107   _(4, TCP_FIN_WAIT, "tcp-fin-wait")       \
 108   _(5, TCP_CLOSE_WAIT, "tcp-close-wait")   \
 109   _(6, TCP_LAST_ACK, "tcp-last-ack")
 110
 111 typedef enum {
 112 #define _(v, N, s) SNAT_SESSION_##N = v,
 113   foreach_snat_session_state
 114 #undef _
 115 } snat_session_state_t;
 116
 117
 118 #define SNAT_SESSION_FLAG_STATIC_MAPPING 1
 119
 120 typedef CLIB_PACKED(struct {
 121   snat_session_key_t out2in;    /* 0-15 */
 122
 123   snat_session_key_t in2out;    /* 16-31 */
 124
 125   u32 flags;                    /* 32-35 */
 126
 127   /* per-user translations */
 128   u32 per_user_index;           /* 36-39 */
 129
 130   u32 per_user_list_head_index; /* 40-43 */
 131
 132   /* Last heard timer */
 133   f64 last_heard;               /* 44-51 */
 134
 135   u64 total_bytes;              /* 52-59 */
 136
 137   u32 total_pkts;               /* 60-63 */
 138
 139   /* Outside address */
 140   u32 outside_address_index;    /* 64-67 */
 141
 142 }) snat_session_t;
 143
 144
 145 typedef struct {
 146   ip4_address_t addr;
 147   u32 fib_index;
 148   u32 sessions_per_user_list_head_index;
 149   u32 nsessions;
 150   u32 nstaticsessions;
 151 } snat_user_t;
 152
 153 typedef struct {
 154   ip4_address_t addr;
 155   u32 fib_index;
 156 #define _(N, i, n, s) \
 157   u32 busy_##n##_ports; \
 158   uword * busy_##n##_port_bitmap;
 159   foreach_snat_protocol
 160 #undef _
 161 } snat_address_t;
 162
 163 typedef struct {
 164   u16 in_port;
 165   snat_det_out_key_t out;
 166   u8 state;
 167   u32 expire;
 168 } snat_det_session_t;
 169
 170 typedef struct {
 171   ip4_address_t in_addr;
 172   u8 in_plen;
 173   ip4_address_t out_addr;
 174   u8 out_plen;
 175   u32 sharing_ratio;
 176   u16 ports_per_host;
 177   u32 ses_num;
 178   /* vector of sessions */
 179   snat_det_session_t * sessions;
 180 } snat_det_map_t;
 181
 182 typedef struct {
 183   ip4_address_t local_addr;
 184   ip4_address_t external_addr;
 185   u16 local_port;
 186   u16 external_port;
 187   u8 addr_only;
 188   u32 vrf_id;
 189   u32 fib_index;
 190   snat_protocol_t proto;
 191 } snat_static_mapping_t;
 192
 193 typedef struct {
 194   u32 sw_if_index;
 195   u8 is_inside;
 196 } snat_interface_t;
 197
 198 typedef struct {
 199   ip4_address_t l_addr;
 200   u16 l_port;
 201   u16 e_port;
 202   u32 sw_if_index;
 203   u32 vrf_id;
 204   snat_protocol_t proto;
 205   int addr_only;
 206   int is_add;
 207 } snat_static_map_resolve_t;
 208
 209 typedef struct {
 210   /* User pool */
 211   snat_user_t * users;
 212
 213   /* Session pool */
 214   snat_session_t * sessions;
 215
 216   /* Pool of doubly-linked list elements */
 217   dlist_elt_t * list_pool;
 218 } snat_main_per_thread_data_t;
 219
 220 struct snat_main_s;
 221
 222 typedef u32 snat_icmp_match_function_t (struct snat_main_s *sm,
 223                                         vlib_node_runtime_t *node,
 224                                         u32 thread_index,
 225                                         vlib_buffer_t *b0,
 226                                         snat_session_key_t *p_key,
 227                                         snat_session_key_t *p_value,
 228                                         u8 *p_dont_translate,
 229                                         void *d);
 230
 231 typedef u32 (snat_get_worker_function_t) (ip4_header_t * ip, u32 rx_fib_index);
 232
 233 typedef struct snat_main_s {
 234   /* Main lookup tables */
 235   clib_bihash_8_8_t out2in;
 236   clib_bihash_8_8_t in2out;
 237
 238   /* Find-a-user => src address lookup */
 239   clib_bihash_8_8_t user_hash;
 240
 241   /* Non-translated packets worker lookup => src address + VRF */
 242   clib_bihash_8_8_t worker_by_in;
 243
 244   /* Translated packets worker lookup => IP address + port number */
 245   clib_bihash_8_8_t worker_by_out;
 246
 247   snat_icmp_match_function_t * icmp_match_in2out_cb;
 248   snat_icmp_match_function_t * icmp_match_out2in_cb;
 249
 250   u32 num_workers;
 251   u32 first_worker_index;
 252   u32 next_worker;
 253   u32 * workers;
 254   snat_get_worker_function_t * worker_in2out_cb;
 255   snat_get_worker_function_t * worker_out2in_cb;
 256
 257   /* Per thread data */
 258   snat_main_per_thread_data_t * per_thread_data;
 259
 260   /* Find a static mapping by local */
 261   clib_bihash_8_8_t static_mapping_by_local;
 262
 263   /* Find a static mapping by external */
 264   clib_bihash_8_8_t static_mapping_by_external;
 265
 266   /* Static mapping pool */
 267   snat_static_mapping_t * static_mappings;
 268
 269   /* Interface pool */
 270   snat_interface_t * interfaces;
 271
 272   /* Vector of outside addresses */
 273   snat_address_t * addresses;
 274
 275   /* sw_if_indices whose intfc addresses should be auto-added */
 276   u32 * auto_add_sw_if_indices;
 277
 278   /* vector of interface address static mappings to resolve. */
 279   snat_static_map_resolve_t *to_resolve;
 280
 281   /* Randomize port allocation order */
 282   u32 random_seed;
 283
 284   /* Worker handoff index */
 285   u32 fq_in2out_index;
 286   u32 fq_out2in_index;
 287
 288   /* in2out and out2in node index */
 289   u32 in2out_node_index;
 290   u32 out2in_node_index;
 291
 292   /* Deterministic NAT */
 293   snat_det_map_t * det_maps;
 294
 295   /* Config parameters */
 296   u8 static_mapping_only;
 297   u8 static_mapping_connection_tracking;
 298   u8 deterministic;
 299   u32 translation_buckets;
 300   u32 translation_memory_size;
 301   u32 user_buckets;
 302   u32 user_memory_size;
 303   u32 max_translations_per_user;
 304   u32 outside_vrf_id;
 305   u32 outside_fib_index;
 306   u32 inside_vrf_id;
 307   u32 inside_fib_index;
 308
 309   /* tenant VRF aware address pool activation flag */
 310   u8 vrf_mode;
 311
 312   /* API message ID base */
 313   u16 msg_id_base;
 314
 315   /* convenience */
 316   vlib_main_t * vlib_main;
 317   vnet_main_t * vnet_main;
 318   ip4_main_t * ip4_main;
 319   ip_lookup_main_t * ip4_lookup_main;
 320   api_main_t * api_main;
 321 } snat_main_t;
 322
 323 extern snat_main_t snat_main;
 324 extern vlib_node_registration_t snat_in2out_node;
 325 extern vlib_node_registration_t snat_out2in_node;
 326 extern vlib_node_registration_t snat_in2out_fast_node;
 327 extern vlib_node_registration_t snat_out2in_fast_node;
 328 extern vlib_node_registration_t snat_in2out_worker_handoff_node;
 329 extern vlib_node_registration_t snat_out2in_worker_handoff_node;
 330 extern vlib_node_registration_t snat_det_in2out_node;
 331 extern vlib_node_registration_t snat_det_out2in_node;
 332
 333 void snat_free_outside_address_and_port (snat_main_t * sm,
 334                                          snat_session_key_t * k,
 335                                          u32 address_index);
 336
 337 int snat_alloc_outside_address_and_port (snat_main_t * sm,
 338                                          u32 fib_index,
 339                                          snat_session_key_t * k,
 340                                          u32 * address_indexp);
 341
 342 int snat_static_mapping_match (snat_main_t * sm,
 343                                snat_session_key_t match,
 344                                snat_session_key_t * mapping,
 345                                u8 by_external);
 346
 347 void snat_add_del_addr_to_fib (ip4_address_t * addr,
 348                                u8 p_len,
 349                                u32 sw_if_index,
 350                                int is_add);
 351
 352 format_function_t format_snat_user;
 353
 354 typedef struct {
 355   u32 cached_sw_if_index;
 356   u32 cached_ip4_address;
 357 } snat_runtime_t;
 358
 359 /** \brief Check if SNAT session is created from static mapping.
 360     @param s SNAT session
 361     @return 1 if SNAT session is created from static mapping otherwise 0
 362 */
 363 #define snat_is_session_static(s) s->flags & SNAT_SESSION_FLAG_STATIC_MAPPING
 364
 365 /*
 366  * Why is this here? Because we don't need to touch this layer to
 367  * simply reply to an icmp. We need to change id to a unique
 368  * value to NAT an echo request/reply.
 369  */
 370
 371 typedef struct {
 372   u16 identifier;
 373   u16 sequence;
 374 } icmp_echo_header_t;
 375
 376 always_inline snat_protocol_t
 377 ip_proto_to_snat_proto (u8 ip_proto)
 378 {
 379   snat_protocol_t snat_proto = ~0;
 380
 381   snat_proto = (ip_proto == IP_PROTOCOL_UDP) ? SNAT_PROTOCOL_UDP : snat_proto;
 382   snat_proto = (ip_proto == IP_PROTOCOL_TCP) ? SNAT_PROTOCOL_TCP : snat_proto;
 383   snat_proto = (ip_proto == IP_PROTOCOL_ICMP) ? SNAT_PROTOCOL_ICMP : snat_proto;
 384
 385   return snat_proto;
 386 }
 387
 388 always_inline u8
 389 snat_proto_to_ip_proto (snat_protocol_t snat_proto)
 390 {
 391   u8 ip_proto = ~0;
 392
 393   ip_proto = (snat_proto == SNAT_PROTOCOL_UDP) ? IP_PROTOCOL_UDP : ip_proto;
 394   ip_proto = (snat_proto == SNAT_PROTOCOL_TCP) ? IP_PROTOCOL_TCP : ip_proto;
 395   ip_proto = (snat_proto == SNAT_PROTOCOL_ICMP) ? IP_PROTOCOL_ICMP : ip_proto;
 396
 397   return ip_proto;
 398 }
 399
 400 typedef struct {
 401   u16 src_port, dst_port;
 402 } tcp_udp_header_t;
 403
 404 u32 icmp_match_in2out_fast(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node,
 405                            u32 thread_index, vlib_buffer_t *b0,
 406                            snat_session_key_t *p_key,
 407                            snat_session_key_t *p_value,
 408                            u8 *p_dont_translate, void *d);
 409 u32 icmp_match_in2out_slow(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node,
 410                            u32 thread_index, vlib_buffer_t *b0,
 411                            snat_session_key_t *p_key,
 412                            snat_session_key_t *p_value,
 413                            u8 *p_dont_translate, void *d);
 414 u32 icmp_match_out2in_fast(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node,
 415                            u32 thread_index, vlib_buffer_t *b0,
 416                            snat_session_key_t *p_key,
 417                            snat_session_key_t *p_value,
 418                            u8 *p_dont_translate, void *d);
 419 u32 icmp_match_out2in_slow(snat_main_t *sm, vlib_node_runtime_t *node,
 420                            u32 thread_index, vlib_buffer_t *b0,
 421                            snat_session_key_t *p_key,
 422                            snat_session_key_t *p_value,
 423                            u8 *p_dont_translate, void *d);
 424
 425 static_always_inline u8
 426 icmp_is_error_message (icmp46_header_t * icmp)
 427 {
 428   switch(icmp->type)
 429     {
 430     case ICMP4_destination_unreachable:
 431     case ICMP4_time_exceeded:
 432     case ICMP4_parameter_problem:
 433     case ICMP4_source_quench:
 434     case ICMP4_redirect:
 435     case ICMP4_alternate_host_address:
 436       return 1;
 437     }
 438   return 0;
 439 }
 440
 441 #endif /* __included_snat_h__ */