src/vnet/session/transport.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2017 Cisco and/or its affiliates.
   3  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   4  * you may not use this file except in compliance with the License.
   5  * You may obtain a copy of the License at:
   6  *
   7  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   8  *
   9  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  10  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  11  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  12  * See the License for the specific language governing permissions and
  13  * limitations under the License.
  14  */
  15
  16 #include <vnet/session/transport_interface.h>
  17 #include <vnet/session/session.h>
  18 #include <vnet/fib/fib.h>
  19
  20 /**
  21  * Per-type vector of transport protocol virtual function tables
  22  */
  23 transport_proto_vft_t *tp_vfts;
  24
  25 /*
  26  * Port allocator seed
  27  */
  28 static u32 port_allocator_seed;
  29
  30 /*
  31  * Local endpoints table
  32  */
  33 static transport_endpoint_table_t local_endpoints_table;
  34
  35 /*
  36  * Pool of local endpoints
  37  */
  38 static transport_endpoint_t *local_endpoints;
  39
  40 /*
  41  * Local endpoints pool lock
  42  */
  43 static clib_spinlock_t local_endpoints_lock;
  44
  45 /*
  46  * Period used by transport pacers. Initialized by session layer
  47  */
  48 static double transport_pacer_period;
  49
  50 #define TRANSPORT_PACER_MIN_MSS 1460
  51
  52 u8 *
  53 format_transport_proto (u8 * s, va_list * args)
  54 {
  55   u32 transport_proto = va_arg (*args, u32);
  56   switch (transport_proto)
  57     {
  58     case TRANSPORT_PROTO_TCP:
  59       s = format (s, "TCP");
  60       break;
  61     case TRANSPORT_PROTO_UDP:
  62       s = format (s, "UDP");
  63       break;
  64     case TRANSPORT_PROTO_SCTP:
  65       s = format (s, "SCTP");
  66       break;
  67     case TRANSPORT_PROTO_UDPC:
  68       s = format (s, "UDPC");
  69       break;
  70     }
  71   return s;
  72 }
  73
  74 u8 *
  75 format_transport_proto_short (u8 * s, va_list * args)
  76 {
  77   u32 transport_proto = va_arg (*args, u32);
  78   switch (transport_proto)
  79     {
  80     case TRANSPORT_PROTO_TCP:
  81       s = format (s, "T");
  82       break;
  83     case TRANSPORT_PROTO_UDP:
  84       s = format (s, "U");
  85       break;
  86     case TRANSPORT_PROTO_SCTP:
  87       s = format (s, "S");
  88       break;
  89     case TRANSPORT_PROTO_UDPC:
  90       s = format (s, "U");
  91       break;
  92     }
  93   return s;
  94 }
  95
  96 u8 *
  97 format_transport_connection (u8 * s, va_list * args)
  98 {
  99   u32 transport_proto = va_arg (*args, u32);
 100   u32 conn_index = va_arg (*args, u32);
 101   u32 thread_index = va_arg (*args, u32);
 102   u32 verbose = va_arg (*args, u32);
 103   transport_proto_vft_t *tp_vft;
 104   transport_connection_t *tc;
 105   u32 indent;
 106
 107   tp_vft = transport_protocol_get_vft (transport_proto);
 108   if (!tp_vft)
 109     return s;
 110
 111   s = format (s, "%U", tp_vft->format_connection, conn_index, thread_index,
 112               verbose);
 113   tc = tp_vft->get_connection (conn_index, thread_index);
 114   if (tc && transport_connection_is_tx_paced (tc) && verbose > 1)
 115     {
 116       indent = format_get_indent (s) + 1;
 117       s = format (s, "%Upacer: %U\n", format_white_space, indent,
 118                   format_transport_pacer, &tc->pacer);
 119     }
 120   return s;
 121 }
 122
 123 u8 *
 124 format_transport_listen_connection (u8 * s, va_list * args)
 125 {
 126   u32 transport_proto = va_arg (*args, u32);
 127   u32 listen_index = va_arg (*args, u32);
 128   transport_proto_vft_t *tp_vft;
 129
 130   tp_vft = transport_protocol_get_vft (transport_proto);
 131   if (!tp_vft)
 132     return s;
 133
 134   s = format (s, "%U", tp_vft->format_listener, listen_index);
 135   return s;
 136 }
 137
 138 u8 *
 139 format_transport_half_open_connection (u8 * s, va_list * args)
 140 {
 141   u32 transport_proto = va_arg (*args, u32);
 142   u32 listen_index = va_arg (*args, u32);
 143   transport_proto_vft_t *tp_vft;
 144
 145   tp_vft = transport_protocol_get_vft (transport_proto);
 146   if (!tp_vft)
 147     return s;
 148
 149   s = format (s, "%U", tp_vft->format_half_open, listen_index);
 150   return s;
 151 }
 152
 153 uword
 154 unformat_transport_proto (unformat_input_t * input, va_list * args)
 155 {
 156   u32 *proto = va_arg (*args, u32 *);
 157   if (unformat (input, "tcp"))
 158     *proto = TRANSPORT_PROTO_TCP;
 159   else if (unformat (input, "TCP"))
 160     *proto = TRANSPORT_PROTO_TCP;
 161   else if (unformat (input, "udp"))
 162     *proto = TRANSPORT_PROTO_UDP;
 163   else if (unformat (input, "UDP"))
 164     *proto = TRANSPORT_PROTO_UDP;
 165   else if (unformat (input, "sctp"))
 166     *proto = TRANSPORT_PROTO_SCTP;
 167   else if (unformat (input, "SCTP"))
 168     *proto = TRANSPORT_PROTO_SCTP;
 169   else if (unformat (input, "tls"))
 170     *proto = TRANSPORT_PROTO_TLS;
 171   else if (unformat (input, "TLS"))
 172     *proto = TRANSPORT_PROTO_TLS;
 173   else if (unformat (input, "udpc"))
 174     *proto = TRANSPORT_PROTO_UDPC;
 175   else if (unformat (input, "UDPC"))
 176     *proto = TRANSPORT_PROTO_UDPC;
 177   else
 178     return 0;
 179   return 1;
 180 }
 181
 182 u32
 183 transport_endpoint_lookup (transport_endpoint_table_t * ht, u8 proto,
 184                            ip46_address_t * ip, u16 port)
 185 {
 186   clib_bihash_kv_24_8_t kv;
 187   int rv;
 188
 189   kv.key[0] = ip->as_u64[0];
 190   kv.key[1] = ip->as_u64[1];
 191   kv.key[2] = (u64) port << 8 | (u64) proto;
 192
 193   rv = clib_bihash_search_inline_24_8 (ht, &kv);
 194   if (rv == 0)
 195     return kv.value;
 196
 197   return ENDPOINT_INVALID_INDEX;
 198 }
 199
 200 void
 201 transport_endpoint_table_add (transport_endpoint_table_t * ht, u8 proto,
 202                               transport_endpoint_t * te, u32 value)
 203 {
 204   clib_bihash_kv_24_8_t kv;
 205
 206   kv.key[0] = te->ip.as_u64[0];
 207   kv.key[1] = te->ip.as_u64[1];
 208   kv.key[2] = (u64) te->port << 8 | (u64) proto;
 209   kv.value = value;
 210
 211   clib_bihash_add_del_24_8 (ht, &kv, 1);
 212 }
 213
 214 void
 215 transport_endpoint_table_del (transport_endpoint_table_t * ht, u8 proto,
 216                               transport_endpoint_t * te)
 217 {
 218   clib_bihash_kv_24_8_t kv;
 219
 220   kv.key[0] = te->ip.as_u64[0];
 221   kv.key[1] = te->ip.as_u64[1];
 222   kv.key[2] = (u64) te->port << 8 | (u64) proto;
 223
 224   clib_bihash_add_del_24_8 (ht, &kv, 0);
 225 }
 226
 227 /**
 228  * Register transport virtual function table.
 229  *
 230  * @param transport_proto - transport protocol type (i.e., TCP, UDP ..)
 231  * @param vft - virtual function table for transport proto
 232  * @param fib_proto - network layer protocol
 233  * @param output_node - output node index that session layer will hand off
 234  *                      buffers to, for requested fib proto
 235  */
 236 void
 237 transport_register_protocol (transport_proto_t transport_proto,
 238                              const transport_proto_vft_t * vft,
 239                              fib_protocol_t fib_proto, u32 output_node)
 240 {
 241   u8 is_ip4 = fib_proto == FIB_PROTOCOL_IP4;
 242
 243   vec_validate (tp_vfts, transport_proto);
 244   tp_vfts[transport_proto] = *vft;
 245
 246   session_register_transport (transport_proto, vft, is_ip4, output_node);
 247 }
 248
 249 /**
 250  * Get transport virtual function table
 251  *
 252  * @param type - session type (not protocol type)
 253  */
 254 transport_proto_vft_t *
 255 transport_protocol_get_vft (transport_proto_t transport_proto)
 256 {
 257   if (transport_proto >= vec_len (tp_vfts))
 258     return 0;
 259   return &tp_vfts[transport_proto];
 260 }
 261
 262 transport_service_type_t
 263 transport_protocol_service_type (transport_proto_t tp)
 264 {
 265   return tp_vfts[tp].service_type;
 266 }
 267
 268 transport_tx_fn_type_t
 269 transport_protocol_tx_fn_type (transport_proto_t tp)
 270 {
 271   return tp_vfts[tp].tx_type;
 272 }
 273
 274 u8
 275 transport_protocol_is_cl (transport_proto_t tp)
 276 {
 277   return (tp_vfts[tp].service_type == TRANSPORT_SERVICE_CL);
 278 }
 279
 280 #define PORT_MASK ((1 << 16)- 1)
 281
 282 void
 283 transport_endpoint_del (u32 tepi)
 284 {
 285   clib_spinlock_lock_if_init (&local_endpoints_lock);
 286   pool_put_index (local_endpoints, tepi);
 287   clib_spinlock_unlock_if_init (&local_endpoints_lock);
 288 }
 289
 290 always_inline transport_endpoint_t *
 291 transport_endpoint_new (void)
 292 {
 293   transport_endpoint_t *tep;
 294   pool_get (local_endpoints, tep);
 295   return tep;
 296 }
 297
 298 void
 299 transport_endpoint_cleanup (u8 proto, ip46_address_t * lcl_ip, u16 port)
 300 {
 301   u32 tepi;
 302   transport_endpoint_t *tep;
 303
 304   /* Cleanup local endpoint if this was an active connect */
 305   tepi = transport_endpoint_lookup (&local_endpoints_table, proto, lcl_ip,
 306                                     clib_net_to_host_u16 (port));
 307   if (tepi != ENDPOINT_INVALID_INDEX)
 308     {
 309       tep = pool_elt_at_index (local_endpoints, tepi);
 310       transport_endpoint_table_del (&local_endpoints_table, proto, tep);
 311       transport_endpoint_del (tepi);
 312     }
 313 }
 314
 315 /**
 316  * Allocate local port and add if successful add entry to local endpoint
 317  * table to mark the pair as used.
 318  */
 319 int
 320 transport_alloc_local_port (u8 proto, ip46_address_t * ip)
 321 {
 322   transport_endpoint_t *tep;
 323   u32 tei;
 324   u16 min = 1024, max = 65535;  /* XXX configurable ? */
 325   int tries, limit;
 326
 327   limit = max - min;
 328
 329   /* Only support active opens from thread 0 */
 330   ASSERT (vlib_get_thread_index () == 0);
 331
 332   /* Search for first free slot */
 333   for (tries = 0; tries < limit; tries++)
 334     {
 335       u16 port = 0;
 336
 337       /* Find a port in the specified range */
 338       while (1)
 339         {
 340           port = random_u32 (&port_allocator_seed) & PORT_MASK;
 341           if (PREDICT_TRUE (port >= min && port < max))
 342             break;
 343         }
 344
 345       /* Look it up. If not found, we're done */
 346       tei = transport_endpoint_lookup (&local_endpoints_table, proto, ip,
 347                                        port);
 348       if (tei == ENDPOINT_INVALID_INDEX)
 349         {
 350           clib_spinlock_lock_if_init (&local_endpoints_lock);
 351           tep = transport_endpoint_new ();
 352           clib_memcpy (&tep->ip, ip, sizeof (*ip));
 353           tep->port = port;
 354           transport_endpoint_table_add (&local_endpoints_table, proto, tep,
 355                                         tep - local_endpoints);
 356           clib_spinlock_unlock_if_init (&local_endpoints_lock);
 357
 358           return tep->port;
 359         }
 360     }
 361   return -1;
 362 }
 363
 364 int
 365 transport_alloc_local_endpoint (u8 proto, transport_endpoint_t * rmt,
 366                                 ip46_address_t * lcl_addr, u16 * lcl_port)
 367 {
 368   fib_prefix_t prefix;
 369   fib_node_index_t fei;
 370   u32 sw_if_index;
 371   int port;
 372
 373   /*
 374    * Find the local address and allocate port
 375    */
 376
 377   /* Find a FIB path to the destination */
 378   clib_memcpy (&prefix.fp_addr, &rmt->ip, sizeof (rmt->ip));
 379   prefix.fp_proto = rmt->is_ip4 ? FIB_PROTOCOL_IP4 : FIB_PROTOCOL_IP6;
 380   prefix.fp_len = rmt->is_ip4 ? 32 : 128;
 381
 382   ASSERT (rmt->fib_index != ENDPOINT_INVALID_INDEX);
 383   fei = fib_table_lookup (rmt->fib_index, &prefix);
 384
 385   /* Couldn't find route to destination. Bail out. */
 386   if (fei == FIB_NODE_INDEX_INVALID)
 387     {
 388       clib_warning ("no route to destination");
 389       return -1;
 390     }
 391
 392   sw_if_index = rmt->sw_if_index;
 393   if (sw_if_index == ENDPOINT_INVALID_INDEX)
 394     sw_if_index = fib_entry_get_resolving_interface (fei);
 395
 396   if (sw_if_index == ENDPOINT_INVALID_INDEX)
 397     {
 398       clib_warning ("no resolving interface for %U", format_ip46_address,
 399                     &rmt->ip, (rmt->is_ip4 == 0) + 1);
 400       return -1;
 401     }
 402
 403   clib_memset (lcl_addr, 0, sizeof (*lcl_addr));
 404
 405   if (rmt->is_ip4)
 406     {
 407       ip4_address_t *ip4;
 408       ip4 = ip_interface_get_first_ip (sw_if_index, 1);
 409       if (!ip4)
 410         {
 411           clib_warning ("no routable ip4 address on %U",
 412                         format_vnet_sw_if_index_name, vnet_get_main (),
 413                         sw_if_index);
 414           return -1;
 415         }
 416       lcl_addr->ip4.as_u32 = ip4->as_u32;
 417     }
 418   else
 419     {
 420       ip6_address_t *ip6;
 421       ip6 = ip_interface_get_first_ip (sw_if_index, 0);
 422       if (ip6 == 0)
 423         {
 424           clib_warning ("no routable ip6 addresses on %U",
 425                         format_vnet_sw_if_index_name, vnet_get_main (),
 426                         sw_if_index);
 427           return -1;
 428         }
 429       clib_memcpy (&lcl_addr->ip6, ip6, sizeof (*ip6));
 430     }
 431
 432   /* Allocate source port */
 433   port = transport_alloc_local_port (proto, lcl_addr);
 434   if (port < 1)
 435     {
 436       clib_warning ("Failed to allocate src port");
 437       return -1;
 438     }
 439   *lcl_port = port;
 440   return 0;
 441 }
 442
 443 #define SPACER_CPU_TICKS_PER_PERIOD_SHIFT 10
 444 #define SPACER_CPU_TICKS_PER_PERIOD (1 << SPACER_CPU_TICKS_PER_PERIOD_SHIFT)
 445
 446 u8 *
 447 format_transport_pacer (u8 * s, va_list * args)
 448 {
 449   spacer_t *pacer = va_arg (*args, spacer_t *);
 450
 451   s = format (s, "bucket %u max_burst %u tokens/period %.3f last_update %x",
 452               pacer->bucket, pacer->max_burst_size, pacer->tokens_per_period,
 453               pacer->last_update);
 454   return s;
 455 }
 456
 457 static inline u32
 458 spacer_max_burst (spacer_t * pacer, u64 norm_time_now)
 459 {
 460   u64 n_periods = norm_time_now - pacer->last_update;
 461
 462   pacer->last_update = norm_time_now;
 463   pacer->bucket += n_periods * pacer->tokens_per_period;
 464   return clib_min (pacer->bucket, pacer->max_burst_size);
 465 }
 466
 467 static inline void
 468 spacer_update_bucket (spacer_t * pacer, u32 bytes)
 469 {
 470   ASSERT (pacer->bucket >= bytes);
 471   pacer->bucket -= bytes;
 472 }
 473
 474 static inline void
 475 spacer_update_max_burst_size (spacer_t * pacer, u32 max_burst_bytes)
 476 {
 477   pacer->max_burst_size = clib_max (max_burst_bytes, TRANSPORT_PACER_MIN_MSS);
 478 }
 479
 480 static inline void
 481 spacer_set_pace_rate (spacer_t * pacer, u64 rate_bytes_per_sec)
 482 {
 483   ASSERT (rate_bytes_per_sec != 0);
 484   pacer->tokens_per_period = rate_bytes_per_sec / transport_pacer_period;
 485 }
 486
 487 void
 488 transport_connection_tx_pacer_init (transport_connection_t * tc,
 489                                     u32 rate_bytes_per_sec, u32 burst_bytes)
 490 {
 491   vlib_main_t *vm = vlib_get_main ();
 492   u64 time_now = vm->clib_time.last_cpu_time;
 493   spacer_t *pacer = &tc->pacer;
 494
 495   tc->flags |= TRANSPORT_CONNECTION_F_IS_TX_PACED;
 496   spacer_update_max_burst_size (&tc->pacer, burst_bytes);
 497   spacer_set_pace_rate (&tc->pacer, rate_bytes_per_sec);
 498   pacer->last_update = time_now >> SPACER_CPU_TICKS_PER_PERIOD_SHIFT;
 499   pacer->bucket = burst_bytes;
 500 }
 501
 502 void
 503 transport_connection_tx_pacer_update (transport_connection_t * tc,
 504                                       u64 bytes_per_sec)
 505 {
 506   u32 burst_size;
 507
 508   burst_size = bytes_per_sec * transport_dispatch_period (tc->thread_index);
 509   spacer_set_pace_rate (&tc->pacer, bytes_per_sec);
 510   spacer_update_max_burst_size (&tc->pacer, burst_size);
 511 }
 512
 513 u32
 514 transport_connection_max_tx_burst (transport_connection_t * tc, u64 time_now)
 515 {
 516   u32 snd_space, max_paced_burst;
 517   u32 mss;
 518
 519   snd_space = tp_vfts[tc->proto].send_space (tc);
 520   if (transport_connection_is_tx_paced (tc))
 521     {
 522       time_now >>= SPACER_CPU_TICKS_PER_PERIOD_SHIFT;
 523       max_paced_burst = spacer_max_burst (&tc->pacer, time_now);
 524       mss = tp_vfts[tc->proto].send_mss (tc);
 525       max_paced_burst = (max_paced_burst < mss) ? 0 : max_paced_burst;
 526       snd_space = clib_min (snd_space, max_paced_burst);
 527       snd_space = snd_space - snd_space % mss;
 528     }
 529   return snd_space;
 530 }
 531
 532 void
 533 transport_connection_update_tx_stats (transport_connection_t * tc, u32 bytes)
 534 {
 535   tc->stats.tx_bytes += bytes;
 536   if (transport_connection_is_tx_paced (tc))
 537     spacer_update_bucket (&tc->pacer, bytes);
 538 }
 539
 540 void
 541 transport_init_tx_pacers_period (void)
 542 {
 543   f64 cpu_freq = os_cpu_clock_frequency ();
 544   transport_pacer_period = cpu_freq / SPACER_CPU_TICKS_PER_PERIOD;
 545 }
 546
 547 void
 548 transport_update_time (f64 time_now, u8 thread_index)
 549 {
 550   transport_proto_vft_t *vft;
 551   vec_foreach (vft, tp_vfts)
 552   {
 553     if (vft->update_time)
 554       (vft->update_time) (time_now, thread_index);
 555   }
 556 }
 557
 558 void
 559 transport_enable_disable (vlib_main_t * vm, u8 is_en)
 560 {
 561   transport_proto_vft_t *vft;
 562   vec_foreach (vft, tp_vfts)
 563   {
 564     if (vft->enable)
 565       (vft->enable) (vm, is_en);
 566   }
 567 }
 568
 569 void
 570 transport_init (void)
 571 {
 572   vlib_thread_main_t *vtm = vlib_get_thread_main ();
 573   session_manager_main_t *smm = vnet_get_session_manager_main ();
 574   u32 num_threads;
 575
 576   if (smm->local_endpoints_table_buckets == 0)
 577     smm->local_endpoints_table_buckets = 250000;
 578   if (smm->local_endpoints_table_memory == 0)
 579     smm->local_endpoints_table_memory = 512 << 20;
 580
 581   /* Initialize [port-allocator] random number seed */
 582   port_allocator_seed = (u32) clib_cpu_time_now ();
 583
 584   clib_bihash_init_24_8 (&local_endpoints_table, "local endpoints table",
 585                          smm->local_endpoints_table_buckets,
 586                          smm->local_endpoints_table_memory);
 587   num_threads = 1 /* main thread */  + vtm->n_threads;
 588   if (num_threads > 1)
 589     clib_spinlock_init (&local_endpoints_lock);
 590 }
 591
 592 /*
 593  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 594  *
 595  * Local Variables:
 596  * eval: (c-set-style "gnu")
 597  * End:
 598  */