lib/flow.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2008, 2009, 2010 Nicira Networks.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at:
   7  *
   8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16 #include <config.h>
  17 #include <sys/types.h>
  18 #include "flow.h"
  19 #include <inttypes.h>
  20 #include <netinet/in.h>
  21 #include <stdlib.h>
  22 #include <string.h>
  23 #include "byte-order.h"
  24 #include "coverage.h"
  25 #include "dynamic-string.h"
  26 #include "hash.h"
  27 #include "ofpbuf.h"
  28 #include "openflow/openflow.h"
  29 #include "openvswitch/datapath-protocol.h"
  30 #include "packets.h"
  31 #include "unaligned.h"
  32 #include "vlog.h"
  33
  34 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(flow);
  35
  36 static struct arp_eth_header *
  37 pull_arp(struct ofpbuf *packet)
  38 {
  39     return ofpbuf_try_pull(packet, ARP_ETH_HEADER_LEN);
  40 }
  41
  42 static struct ip_header *
  43 pull_ip(struct ofpbuf *packet)
  44 {
  45     if (packet->size >= IP_HEADER_LEN) {
  46         struct ip_header *ip = packet->data;
  47         int ip_len = IP_IHL(ip->ip_ihl_ver) * 4;
  48         if (ip_len >= IP_HEADER_LEN && packet->size >= ip_len) {
  49             return ofpbuf_pull(packet, ip_len);
  50         }
  51     }
  52     return NULL;
  53 }
  54
  55 static struct tcp_header *
  56 pull_tcp(struct ofpbuf *packet)
  57 {
  58     if (packet->size >= TCP_HEADER_LEN) {
  59         struct tcp_header *tcp = packet->data;
  60         int tcp_len = TCP_OFFSET(tcp->tcp_ctl) * 4;
  61         if (tcp_len >= TCP_HEADER_LEN && packet->size >= tcp_len) {
  62             return ofpbuf_pull(packet, tcp_len);
  63         }
  64     }
  65     return NULL;
  66 }
  67
  68 static struct udp_header *
  69 pull_udp(struct ofpbuf *packet)
  70 {
  71     return ofpbuf_try_pull(packet, UDP_HEADER_LEN);
  72 }
  73
  74 static struct icmp_header *
  75 pull_icmp(struct ofpbuf *packet)
  76 {
  77     return ofpbuf_try_pull(packet, ICMP_HEADER_LEN);
  78 }
  79
  80 static void
  81 parse_vlan(struct ofpbuf *b, struct flow *flow)
  82 {
  83     struct qtag_prefix {
  84         ovs_be16 eth_type;      /* ETH_TYPE_VLAN */
  85         ovs_be16 tci;
  86     };
  87
  88     if (b->size >= sizeof(struct qtag_prefix) + sizeof(ovs_be16)) {
  89         struct qtag_prefix *qp = ofpbuf_pull(b, sizeof *qp);
  90         flow->dl_vlan = qp->tci & htons(VLAN_VID_MASK);
  91         flow->dl_vlan_pcp = vlan_tci_to_pcp(qp->tci);
  92     }
  93 }
  94
  95 static ovs_be16
  96 parse_ethertype(struct ofpbuf *b)
  97 {
  98     struct llc_snap_header *llc;
  99     ovs_be16 proto;
 100
 101     proto = *(ovs_be16 *) ofpbuf_pull(b, sizeof proto);
 102     if (ntohs(proto) >= ODP_DL_TYPE_ETH2_CUTOFF) {
 103         return proto;
 104     }
 105
 106     if (b->size < sizeof *llc) {
 107         return htons(ODP_DL_TYPE_NOT_ETH_TYPE);
 108     }
 109
 110     llc = b->data;
 111     if (llc->llc.llc_dsap != LLC_DSAP_SNAP
 112         || llc->llc.llc_ssap != LLC_SSAP_SNAP
 113         || llc->llc.llc_cntl != LLC_CNTL_SNAP
 114         || memcmp(llc->snap.snap_org, SNAP_ORG_ETHERNET,
 115                   sizeof llc->snap.snap_org)) {
 116         return htons(ODP_DL_TYPE_NOT_ETH_TYPE);
 117     }
 118
 119     ofpbuf_pull(b, sizeof *llc);
 120     return llc->snap.snap_type;
 121 }
 122
 123 /* Initializes 'flow' members from 'packet', 'tun_id', and 'in_port.
 124  * Initializes 'packet' header pointers as follows:
 125  *
 126  *    - packet->l2 to the start of the Ethernet header.
 127  *
 128  *    - packet->l3 to just past the Ethernet header, or just past the
 129  *      vlan_header if one is present, to the first byte of the payload of the
 130  *      Ethernet frame.
 131  *
 132  *    - packet->l4 to just past the IPv4 header, if one is present and has a
 133  *      correct length, and otherwise NULL.
 134  *
 135  *    - packet->l7 to just past the TCP or UDP or ICMP header, if one is
 136  *      present and has a correct length, and otherwise NULL.
 137  */
 138 int
 139 flow_extract(struct ofpbuf *packet, ovs_be32 tun_id, uint16_t in_port,
 140              struct flow *flow)
 141 {
 142     struct ofpbuf b = *packet;
 143     struct eth_header *eth;
 144     int retval = 0;
 145
 146     COVERAGE_INC(flow_extract);
 147
 148     memset(flow, 0, sizeof *flow);
 149     flow->tun_id = tun_id;
 150     flow->in_port = in_port;
 151     flow->dl_vlan = htons(OFP_VLAN_NONE);
 152
 153     packet->l2 = b.data;
 154     packet->l3 = NULL;
 155     packet->l4 = NULL;
 156     packet->l7 = NULL;
 157
 158     if (b.size < sizeof *eth) {
 159         return 0;
 160     }
 161
 162     /* Link layer. */
 163     eth = b.data;
 164     memcpy(flow->dl_src, eth->eth_src, ETH_ADDR_LEN);
 165     memcpy(flow->dl_dst, eth->eth_dst, ETH_ADDR_LEN);
 166
 167     /* dl_type, dl_vlan, dl_vlan_pcp. */
 168     ofpbuf_pull(&b, ETH_ADDR_LEN * 2);
 169     if (eth->eth_type == htons(ETH_TYPE_VLAN)) {
 170         parse_vlan(&b, flow);
 171     }
 172     flow->dl_type = parse_ethertype(&b);
 173
 174     /* Network layer. */
 175     packet->l3 = b.data;
 176     if (flow->dl_type == htons(ETH_TYPE_IP)) {
 177         const struct ip_header *nh = pull_ip(&b);
 178         if (nh) {
 179             flow->nw_src = get_unaligned_u32(&nh->ip_src);
 180             flow->nw_dst = get_unaligned_u32(&nh->ip_dst);
 181             flow->nw_tos = nh->ip_tos & IP_DSCP_MASK;
 182             flow->nw_proto = nh->ip_proto;
 183             packet->l4 = b.data;
 184             if (!IP_IS_FRAGMENT(nh->ip_frag_off)) {
 185                 if (flow->nw_proto == IP_TYPE_TCP) {
 186                     const struct tcp_header *tcp = pull_tcp(&b);
 187                     if (tcp) {
 188                         flow->tp_src = tcp->tcp_src;
 189                         flow->tp_dst = tcp->tcp_dst;
 190                         packet->l7 = b.data;
 191                     }
 192                 } else if (flow->nw_proto == IP_TYPE_UDP) {
 193                     const struct udp_header *udp = pull_udp(&b);
 194                     if (udp) {
 195                         flow->tp_src = udp->udp_src;
 196                         flow->tp_dst = udp->udp_dst;
 197                         packet->l7 = b.data;
 198                     }
 199                 } else if (flow->nw_proto == IP_TYPE_ICMP) {
 200                     const struct icmp_header *icmp = pull_icmp(&b);
 201                     if (icmp) {
 202                         flow->icmp_type = htons(icmp->icmp_type);
 203                         flow->icmp_code = htons(icmp->icmp_code);
 204                         packet->l7 = b.data;
 205                     }
 206                 }
 207             } else {
 208                 retval = 1;
 209             }
 210         }
 211     } else if (flow->dl_type == htons(ETH_TYPE_ARP)) {
 212         const struct arp_eth_header *arp = pull_arp(&b);
 213         if (arp && arp->ar_hrd == htons(1)
 214             && arp->ar_pro == htons(ETH_TYPE_IP)
 215             && arp->ar_hln == ETH_ADDR_LEN
 216             && arp->ar_pln == 4) {
 217             /* We only match on the lower 8 bits of the opcode. */
 218             if (ntohs(arp->ar_op) <= 0xff) {
 219                 flow->nw_proto = ntohs(arp->ar_op);
 220             }
 221
 222             if ((flow->nw_proto == ARP_OP_REQUEST)
 223                 || (flow->nw_proto == ARP_OP_REPLY)) {
 224                 flow->nw_src = arp->ar_spa;
 225                 flow->nw_dst = arp->ar_tpa;
 226             }
 227         }
 228     }
 229     return retval;
 230 }
 231
 232 /* Extracts the flow stats for a packet.  The 'flow' and 'packet'
 233  * arguments must have been initialized through a call to flow_extract().
 234  */
 235 void
 236 flow_extract_stats(const struct flow *flow, struct ofpbuf *packet,
 237         struct odp_flow_stats *stats)
 238 {
 239     memset(stats, '\0', sizeof(*stats));
 240
 241     if ((flow->dl_type == htons(ETH_TYPE_IP)) && packet->l4) {
 242         if ((flow->nw_proto == IP_TYPE_TCP) && packet->l7) {
 243             struct tcp_header *tcp = packet->l4;
 244             stats->tcp_flags = TCP_FLAGS(tcp->tcp_ctl);
 245         }
 246     }
 247
 248     stats->n_bytes = packet->size;
 249     stats->n_packets = 1;
 250 }
 251
 252 /* Extract 'flow' with 'wildcards' into the OpenFlow match structure
 253  * 'match'.  'flow_format' should be one of NXFF_*. */
 254 void
 255 flow_to_match(const struct flow *flow, uint32_t wildcards,
 256               int flow_format, struct ofp_match *match)
 257 {
 258     if (flow_format != NXFF_TUN_ID_FROM_COOKIE) {
 259         wildcards &= OFPFW_ALL;
 260     }
 261     match->wildcards = htonl(wildcards);
 262
 263     match->in_port = htons(flow->in_port == ODPP_LOCAL ? OFPP_LOCAL
 264                            : flow->in_port);
 265     match->dl_vlan = flow->dl_vlan;
 266     match->dl_vlan_pcp = flow->dl_vlan_pcp;
 267     memcpy(match->dl_src, flow->dl_src, ETH_ADDR_LEN);
 268     memcpy(match->dl_dst, flow->dl_dst, ETH_ADDR_LEN);
 269     match->dl_type = flow->dl_type;
 270     match->nw_src = flow->nw_src;
 271     match->nw_dst = flow->nw_dst;
 272     match->nw_tos = flow->nw_tos;
 273     match->nw_proto = flow->nw_proto;
 274     match->tp_src = flow->tp_src;
 275     match->tp_dst = flow->tp_dst;
 276     memset(match->pad1, '\0', sizeof match->pad1);
 277     memset(match->pad2, '\0', sizeof match->pad2);
 278 }
 279
 280 void
 281 flow_from_match(const struct ofp_match *match, int flow_format,
 282                 ovs_be64 cookie, struct flow *flow,
 283                 struct flow_wildcards *wc)
 284 {
 285     flow_wildcards_init(wc, ntohl(match->wildcards));
 286     if (flow_format == NXFF_TUN_ID_FROM_COOKIE
 287         && !(wc->wildcards & NXFW_TUN_ID)) {
 288         flow->tun_id = htonl(ntohll(cookie) >> 32);
 289     } else {
 290         wc->wildcards |= NXFW_TUN_ID;
 291         flow->tun_id = 0;
 292     }
 293
 294     flow->nw_src = match->nw_src;
 295     flow->nw_dst = match->nw_dst;
 296     flow->in_port = (match->in_port == htons(OFPP_LOCAL) ? ODPP_LOCAL
 297                      : ntohs(match->in_port));
 298     flow->dl_vlan = match->dl_vlan;
 299     flow->dl_vlan_pcp = match->dl_vlan_pcp;
 300     flow->dl_type = match->dl_type;
 301     flow->tp_src = match->tp_src;
 302     flow->tp_dst = match->tp_dst;
 303     memcpy(flow->dl_src, match->dl_src, ETH_ADDR_LEN);
 304     memcpy(flow->dl_dst, match->dl_dst, ETH_ADDR_LEN);
 305     flow->nw_tos = match->nw_tos;
 306     flow->nw_proto = match->nw_proto;
 307 }
 308
 309 char *
 310 flow_to_string(const struct flow *flow)
 311 {
 312     struct ds ds = DS_EMPTY_INITIALIZER;
 313     flow_format(&ds, flow);
 314     return ds_cstr(&ds);
 315 }
 316
 317 void
 318 flow_format(struct ds *ds, const struct flow *flow)
 319 {
 320     ds_put_format(ds, "tunnel%08"PRIx32":in_port%04"PRIx16
 321                       ":vlan%"PRIu16":pcp%"PRIu8
 322                       " mac"ETH_ADDR_FMT"->"ETH_ADDR_FMT
 323                       " type%04"PRIx16
 324                       " proto%"PRIu8
 325                       " tos%"PRIu8
 326                       " ip"IP_FMT"->"IP_FMT
 327                       " port%"PRIu16"->%"PRIu16,
 328                   ntohl(flow->tun_id),
 329                   flow->in_port,
 330                   ntohs(flow->dl_vlan),
 331                   flow->dl_vlan_pcp,
 332                   ETH_ADDR_ARGS(flow->dl_src),
 333                   ETH_ADDR_ARGS(flow->dl_dst),
 334                   ntohs(flow->dl_type),
 335                   flow->nw_proto,
 336                   flow->nw_tos,
 337                   IP_ARGS(&flow->nw_src),
 338                   IP_ARGS(&flow->nw_dst),
 339                   ntohs(flow->tp_src),
 340                   ntohs(flow->tp_dst));
 341 }
 342
 343 void
 344 flow_print(FILE *stream, const struct flow *flow)
 345 {
 346     char *s = flow_to_string(flow);
 347     fputs(s, stream);
 348     free(s);
 349 }
 350 \f
 351 /* flow_wildcards functions. */
 352
 353 /* Given the wildcard bit count in bits 'shift' through 'shift + 5' (inclusive)
 354  * of 'wildcards', returns a 32-bit bit mask with a 1 in each bit that must
 355  * match and a 0 in each bit that is wildcarded.
 356  *
 357  * The bits in 'wildcards' are in the format used in enum ofp_flow_wildcards: 0
 358  * is exact match, 1 ignores the LSB, 2 ignores the 2 least-significant bits,
 359  * ..., 32 and higher wildcard the entire field.  This is the *opposite* of the
 360  * usual convention where e.g. /24 indicates that 8 bits (not 24 bits) are
 361  * wildcarded. */
 362 ovs_be32
 363 flow_nw_bits_to_mask(uint32_t wildcards, int shift)
 364 {
 365     wildcards = (wildcards >> shift) & 0x3f;
 366     return wildcards < 32 ? htonl(~((1u << wildcards) - 1)) : 0;
 367 }
 368
 369 /* Return 'wildcards' in "normal form":
 370  *
 371  *   - Forces unknown bits to 0.
 372  *
 373  *   - Forces nw_src and nw_dst masks greater than 32 to exactly 32.
 374  */
 375 static inline uint32_t
 376 flow_wildcards_normalize(uint32_t wildcards)
 377 {
 378     wildcards &= wildcards & OVSFW_ALL;
 379     if (wildcards & (0x20 << OFPFW_NW_SRC_SHIFT)) {
 380         wildcards &= ~(0x1f << OFPFW_NW_SRC_SHIFT);
 381     }
 382     if (wildcards & (0x20 << OFPFW_NW_DST_SHIFT)) {
 383         wildcards &= ~(0x1f << OFPFW_NW_DST_SHIFT);
 384     }
 385     return wildcards;
 386 }
 387
 388 /* Initializes 'wc' from 'wildcards', which may be any combination of the
 389  * OFPFW_* and OVSFW_* wildcard bits. */
 390 void
 391 flow_wildcards_init(struct flow_wildcards *wc, uint32_t wildcards)
 392 {
 393     wc->wildcards = flow_wildcards_normalize(wildcards);
 394     wc->nw_src_mask = flow_nw_bits_to_mask(wc->wildcards, OFPFW_NW_SRC_SHIFT);
 395     wc->nw_dst_mask = flow_nw_bits_to_mask(wc->wildcards, OFPFW_NW_DST_SHIFT);
 396 }
 397
 398 /* Initializes 'wc' as an exact-match set of wildcards; that is, 'wc' does not
 399  * wildcard any bits or fields. */
 400 void
 401 flow_wildcards_init_exact(struct flow_wildcards *wc)
 402 {
 403     flow_wildcards_init(wc, 0);
 404 }
 405
 406 static inline uint32_t
 407 combine_nw_bits(uint32_t wb1, uint32_t wb2, int shift)
 408 {
 409     uint32_t sb1 = (wb1 >> shift) & 0x3f;
 410     uint32_t sb2 = (wb2 >> shift) & 0x3f;
 411     return MAX(sb1, sb2) << shift;
 412 }
 413
 414 /* Initializes 'dst' as the combination of wildcards in 'src1' and 'src2'.
 415  * That is, a bit or a field is wildcarded in 'dst' if it is wildcarded in
 416  * 'src1' or 'src2' or both.  */
 417 void
 418 flow_wildcards_combine(struct flow_wildcards *dst,
 419                        const struct flow_wildcards *src1,
 420                        const struct flow_wildcards *src2)
 421 {
 422     uint32_t wb1 = src1->wildcards;
 423     uint32_t wb2 = src2->wildcards;
 424
 425     dst->wildcards = (wb1 | wb2) & ~(OFPFW_NW_SRC_MASK | OFPFW_NW_DST_MASK);
 426     dst->wildcards |= combine_nw_bits(wb1, wb2, OFPFW_NW_SRC_SHIFT);
 427     dst->wildcards |= combine_nw_bits(wb1, wb2, OFPFW_NW_DST_SHIFT);
 428     dst->nw_src_mask = src1->nw_src_mask & src2->nw_src_mask;
 429     dst->nw_dst_mask = src1->nw_dst_mask & src2->nw_dst_mask;
 430 }
 431
 432 /* Returns a hash of the wildcards in 'wc'. */
 433 uint32_t
 434 flow_wildcards_hash(const struct flow_wildcards *wc)
 435 {
 436     /* There is no need to include nw_src_mask or nw_dst_mask because they do
 437      * not add any information (they can be computed from wc->wildcards).  */
 438     return hash_int(wc->wildcards, 0);
 439 }
 440
 441 /* Returns true if 'a' and 'b' represent the same wildcards, false if they are
 442  * different. */
 443 bool
 444 flow_wildcards_equal(const struct flow_wildcards *a,
 445                      const struct flow_wildcards *b)
 446 {
 447     return a->wildcards == b->wildcards;
 448 }
 449
 450 /* Returns true if at least one bit or field is wildcarded in 'a' but not in
 451  * 'b', false otherwise. */
 452 bool
 453 flow_wildcards_has_extra(const struct flow_wildcards *a,
 454                          const struct flow_wildcards *b)
 455 {
 456 #define OFPFW_NW_MASK (OFPFW_NW_SRC_MASK | OFPFW_NW_DST_MASK)
 457     return ((a->wildcards & ~(b->wildcards | OFPFW_NW_MASK))
 458             || (a->nw_src_mask & b->nw_src_mask) != b->nw_src_mask
 459             || (a->nw_dst_mask & b->nw_dst_mask) != b->nw_dst_mask);
 460 }
 461
 462 static int
 463 count_ones(ovs_be32 mask)
 464 {
 465 #if __GNUC__ >= 4
 466     return __builtin_popcount(mask);
 467 #else
 468     int bits;
 469
 470     for (bits = 0; mask; bits++) {
 471         mask &= mask - 1;
 472     }
 473
 474     return bits;
 475 #endif
 476 }
 477
 478 static bool
 479 set_nw_mask(struct flow_wildcards *wc, ovs_be32 mask,
 480             ovs_be32 *maskp, int shift)
 481 {
 482     int wcbits = 32 - count_ones(mask);
 483     if (flow_nw_bits_to_mask(wcbits, 0) == mask) {
 484         wc->wildcards &= ~(0x3f << shift);
 485         wc->wildcards |= wcbits << shift;
 486         *maskp = mask;
 487         return true;
 488     } else {
 489         return false;
 490     }
 491 }
 492
 493 /* Sets the IP (or ARP) source wildcard mask to CIDR 'mask' (consisting of N
 494  * high-order 1-bit and 32-N low-order 0-bits).  Returns true if successful,
 495  * false if 'mask' is not a CIDR mask.  */
 496 bool
 497 flow_wildcards_set_nw_src_mask(struct flow_wildcards *wc, ovs_be32 mask)
 498 {
 499     return set_nw_mask(wc, mask, &wc->nw_src_mask, OFPFW_NW_SRC_SHIFT);
 500 }
 501
 502 /* Sets the IP (or ARP) destination wildcard mask to CIDR 'mask' (consisting of
 503  * N high-order 1-bit and 32-N low-order 0-bits).  Returns true if successful,
 504  * false if 'mask' is not a CIDR mask.  */
 505 bool
 506 flow_wildcards_set_nw_dst_mask(struct flow_wildcards *wc, ovs_be32 mask)
 507 {
 508     return set_nw_mask(wc, mask, &wc->nw_dst_mask, OFPFW_NW_DST_SHIFT);
 509 }