cfm: Support tagged CCM PDUs.
[sliver-openvswitch.git] / lib / cfm.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2010, 2011 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
17 #include <config.h>
18 #include "cfm.h"
19
20 #include <assert.h>
21 #include <stdint.h>
22 #include <stdlib.h>
23 #include <string.h>
24
25 #include "byte-order.h"
26 #include "dynamic-string.h"
27 #include "flow.h"
28 #include "hash.h"
29 #include "hmap.h"
30 #include "ofpbuf.h"
31 #include "packets.h"
32 #include "poll-loop.h"
33 #include "timer.h"
34 #include "timeval.h"
35 #include "unixctl.h"
36 #include "vlog.h"
37
38 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(cfm);
39
40 #define CFM_MAX_RMPS 256
41
42 /* Ethernet destination address of CCM packets. */
43 static const uint8_t eth_addr_ccm[6] = { 0x01, 0x80, 0xC2, 0x00, 0x00, 0x30 };
44 static const uint8_t eth_addr_ccm_x[6] = {
45     0x01, 0x23, 0x20, 0x00, 0x00, 0x30
46 };
47
48 #define ETH_TYPE_CFM 0x8902
49
50 /* A 'ccm' represents a Continuity Check Message from the 802.1ag
51  * specification.  Continuity Check Messages are broadcast periodically so that
52  * hosts can determine whom they have connectivity to.
53  *
54  * The minimum length of a CCM as specified by IEEE 802.1ag is 75 bytes.
55  * Previous versions of Open vSwitch generated 74-byte CCM messages, so we
56  * accept such messages too. */
57 #define CCM_LEN 75
58 #define CCM_ACCEPT_LEN 74
59 #define CCM_MAID_LEN 48
60 #define CCM_OPCODE 1 /* CFM message opcode meaning CCM. */
61 #define CCM_RDI_MASK 0x80
62 struct ccm {
63     uint8_t  mdlevel_version; /* MD Level and Version */
64     uint8_t  opcode;
65     uint8_t  flags;
66     uint8_t  tlv_offset;
67     ovs_be32 seq;
68     ovs_be16 mpid;
69     uint8_t  maid[CCM_MAID_LEN];
70
71     /* Defined by ITU-T Y.1731 should be zero */
72     ovs_be16 interval_ms_x;      /* Transmission interval in ms. */
73     ovs_be64 mpid64;             /* MPID in extended mode. */
74     uint8_t opdown;              /* Operationally down. */
75     uint8_t  zero[5];
76
77     /* TLV space. */
78     uint8_t end_tlv;
79 } __attribute__((packed));
80 BUILD_ASSERT_DECL(CCM_LEN == sizeof(struct ccm));
81
82 struct cfm {
83     char *name;                 /* Name of this CFM object. */
84     struct hmap_node hmap_node; /* Node in all_cfms list. */
85
86     uint64_t mpid;
87     bool extended;         /* Extended mode. */
88     bool fault;            /* Indicates connectivity fault. */
89     bool unexpected_recv;  /* Received an unexpected CCM. */
90     bool opup;             /* Operational State. */
91     bool remote_opup;      /* Remote Operational State. */
92
93     uint32_t seq;          /* The sequence number of our last CCM. */
94     uint8_t ccm_interval;  /* The CCM transmission interval. */
95     int ccm_interval_ms;   /* 'ccm_interval' in milliseconds. */
96     uint16_t ccm_vlan;     /* Vlan tag of CCM PDUs. */
97     uint8_t maid[CCM_MAID_LEN]; /* The MAID of this CFM. */
98
99     struct timer tx_timer;    /* Send CCM when expired. */
100     struct timer fault_timer; /* Check for faults when expired. */
101
102     struct hmap remote_mps;   /* Remote MPs. */
103
104     /* Result of cfm_get_remote_mpids(). Updated only during fault check to
105      * avoid flapping. */
106     uint64_t *rmps_array;     /* Cache of remote_mps. */
107     size_t rmps_array_len;    /* Number of rmps in 'rmps_array'. */
108 };
109
110 /* Remote MPs represent foreign network entities that are configured to have
111  * the same MAID as this CFM instance. */
112 struct remote_mp {
113     uint64_t mpid;         /* The Maintenance Point ID of this 'remote_mp'. */
114     struct hmap_node node; /* Node in 'remote_mps' map. */
115
116     bool recv;           /* CCM was received since last fault check. */
117     bool rdi;            /* Remote Defect Indicator. Indicates remote_mp isn't
118                             receiving CCMs that it's expecting to. */
119     bool opup;           /* Operational State. */
120 };
121
122 static struct vlog_rate_limit rl = VLOG_RATE_LIMIT_INIT(5, 20);
123 static struct hmap all_cfms = HMAP_INITIALIZER(&all_cfms);
124
125 static void cfm_unixctl_show(struct unixctl_conn *, const char *args,
126                              void *aux);
127
128 static const uint8_t *
129 cfm_ccm_addr(const struct cfm *cfm)
130 {
131     return cfm->extended ? eth_addr_ccm_x : eth_addr_ccm;
132 }
133
134 static void
135 cfm_generate_maid(struct cfm *cfm)
136 {
137     const char *ovs_md_name = "ovs";
138     const char *ovs_ma_name = "ovs";
139     uint8_t *ma_p;
140     size_t md_len, ma_len;
141
142     memset(cfm->maid, 0, CCM_MAID_LEN);
143
144     md_len = strlen(ovs_md_name);
145     ma_len = strlen(ovs_ma_name);
146
147     assert(md_len && ma_len && md_len + ma_len + 4 <= CCM_MAID_LEN);
148
149     cfm->maid[0] = 4;                           /* MD name string format. */
150     cfm->maid[1] = md_len;                      /* MD name size. */
151     memcpy(&cfm->maid[2], ovs_md_name, md_len); /* MD name. */
152
153     ma_p = cfm->maid + 2 + md_len;
154     ma_p[0] = 2;                           /* MA name string format. */
155     ma_p[1] = ma_len;                      /* MA name size. */
156     memcpy(&ma_p[2], ovs_ma_name, ma_len); /* MA name. */
157 }
158
159 static int
160 ccm_interval_to_ms(uint8_t interval)
161 {
162     switch (interval) {
163     case 0:  NOT_REACHED(); /* Explicitly not supported by 802.1ag. */
164     case 1:  return 3;      /* Not recommended due to timer resolution. */
165     case 2:  return 10;     /* Not recommended due to timer resolution. */
166     case 3:  return 100;
167     case 4:  return 1000;
168     case 5:  return 10000;
169     case 6:  return 60000;
170     case 7:  return 600000;
171     default: NOT_REACHED(); /* Explicitly not supported by 802.1ag. */
172     }
173
174     NOT_REACHED();
175 }
176
177 static long long int
178 cfm_fault_interval(struct cfm *cfm)
179 {
180     /* According to the 802.1ag specification we should assume every other MP
181      * with the same MAID has the same transmission interval that we have.  If
182      * an MP has a different interval, cfm_process_heartbeat will register it
183      * as a fault (likely due to a configuration error).  Thus we can check all
184      * MPs at once making this quite a bit simpler.
185      *
186      * According to the specification we should check when (ccm_interval_ms *
187      * 3.5)ms have passed. */
188     return (cfm->ccm_interval_ms * 7) / 2;
189 }
190
191 static uint8_t
192 ms_to_ccm_interval(int interval_ms)
193 {
194     uint8_t i;
195
196     for (i = 7; i > 0; i--) {
197         if (ccm_interval_to_ms(i) <= interval_ms) {
198             return i;
199         }
200     }
201
202     return 1;
203 }
204
205 static uint32_t
206 hash_mpid(uint64_t mpid)
207 {
208     return hash_bytes(&mpid, sizeof mpid, 0);
209 }
210
211 static bool
212 cfm_is_valid_mpid(bool extended, uint64_t mpid)
213 {
214     /* 802.1ag specification requires MPIDs to be within the range [1, 8191].
215      * In extended mode we relax this requirement. */
216     return mpid >= 1 && (extended || mpid <= 8191);
217 }
218
219 static struct remote_mp *
220 lookup_remote_mp(const struct cfm *cfm, uint64_t mpid)
221 {
222     struct remote_mp *rmp;
223
224     HMAP_FOR_EACH_IN_BUCKET (rmp, node, hash_mpid(mpid), &cfm->remote_mps) {
225         if (rmp->mpid == mpid) {
226             return rmp;
227         }
228     }
229
230     return NULL;
231 }
232
233 void
234 cfm_init(void)
235 {
236     unixctl_command_register("cfm/show", "[interface]", cfm_unixctl_show,
237                              NULL);
238 }
239
240 /* Allocates a 'cfm' object called 'name'.  'cfm' should be initialized by
241  * cfm_configure() before use. */
242 struct cfm *
243 cfm_create(const char *name)
244 {
245     struct cfm *cfm;
246
247     cfm = xzalloc(sizeof *cfm);
248     cfm->name = xstrdup(name);
249     hmap_init(&cfm->remote_mps);
250     cfm_generate_maid(cfm);
251     hmap_insert(&all_cfms, &cfm->hmap_node, hash_string(cfm->name, 0));
252     cfm->remote_opup = true;
253     return cfm;
254 }
255
256 void
257 cfm_destroy(struct cfm *cfm)
258 {
259     struct remote_mp *rmp, *rmp_next;
260
261     if (!cfm) {
262         return;
263     }
264
265     HMAP_FOR_EACH_SAFE (rmp, rmp_next, node, &cfm->remote_mps) {
266         hmap_remove(&cfm->remote_mps, &rmp->node);
267         free(rmp);
268     }
269
270     hmap_destroy(&cfm->remote_mps);
271     hmap_remove(&all_cfms, &cfm->hmap_node);
272     free(cfm->rmps_array);
273     free(cfm->name);
274     free(cfm);
275 }
276
277 /* Should be run periodically to update fault statistics messages. */
278 void
279 cfm_run(struct cfm *cfm)
280 {
281     if (timer_expired(&cfm->fault_timer)) {
282         long long int interval = cfm_fault_interval(cfm);
283         struct remote_mp *rmp, *rmp_next;
284
285         cfm->fault = cfm->unexpected_recv;
286         cfm->unexpected_recv = false;
287
288         cfm->rmps_array_len = 0;
289         free(cfm->rmps_array);
290         cfm->rmps_array = xmalloc(hmap_count(&cfm->remote_mps) *
291                                   sizeof *cfm->rmps_array);
292
293         cfm->remote_opup = true;
294         HMAP_FOR_EACH_SAFE (rmp, rmp_next, node, &cfm->remote_mps) {
295
296             if (!rmp->recv) {
297                 VLOG_DBG("%s: no CCM from RMP %"PRIu64" in the last %lldms",
298                          cfm->name, rmp->mpid, interval);
299                 hmap_remove(&cfm->remote_mps, &rmp->node);
300                 free(rmp);
301             } else {
302                 rmp->recv = false;
303
304                 if (rmp->mpid == cfm->mpid) {
305                     VLOG_WARN_RL(&rl,"%s: received CCM with local MPID"
306                                  " %"PRIu64, cfm->name, rmp->mpid);
307                     cfm->fault = true;
308                 }
309
310                 if (rmp->rdi) {
311                     VLOG_DBG("%s: RDI bit flagged from RMP %"PRIu64, cfm->name,
312                              rmp->mpid);
313                     cfm->fault = true;
314                 }
315
316                 if (!rmp->opup) {
317                     cfm->remote_opup = rmp->opup;
318                 }
319
320                 cfm->rmps_array[cfm->rmps_array_len++] = rmp->mpid;
321             }
322         }
323
324         if (hmap_is_empty(&cfm->remote_mps)) {
325             cfm->fault = true;
326         }
327
328         timer_set_duration(&cfm->fault_timer, interval);
329     }
330 }
331
332 /* Should be run periodically to check if the CFM module has a CCM message it
333  * wishes to send. */
334 bool
335 cfm_should_send_ccm(struct cfm *cfm)
336 {
337     return timer_expired(&cfm->tx_timer);
338 }
339
340 /* Composes a CCM message into 'packet'.  Messages generated with this function
341  * should be sent whenever cfm_should_send_ccm() indicates. */
342 void
343 cfm_compose_ccm(struct cfm *cfm, struct ofpbuf *packet,
344                 uint8_t eth_src[ETH_ADDR_LEN])
345 {
346     struct ccm *ccm;
347
348     timer_set_duration(&cfm->tx_timer, cfm->ccm_interval_ms);
349     eth_compose(packet, cfm_ccm_addr(cfm), eth_src, ETH_TYPE_CFM, sizeof *ccm);
350
351     if (cfm->ccm_vlan) {
352         eth_push_vlan(packet, htons(cfm->ccm_vlan));
353     }
354
355     ccm = packet->l3;
356     ccm->mdlevel_version = 0;
357     ccm->opcode = CCM_OPCODE;
358     ccm->tlv_offset = 70;
359     ccm->seq = htonl(++cfm->seq);
360     ccm->flags = cfm->ccm_interval;
361     memcpy(ccm->maid, cfm->maid, sizeof ccm->maid);
362     memset(ccm->zero, 0, sizeof ccm->zero);
363     ccm->end_tlv = 0;
364
365     if (cfm->extended) {
366         ccm->mpid = htons(hash_mpid(cfm->mpid));
367         ccm->mpid64 = htonll(cfm->mpid);
368         ccm->opdown = !cfm->opup;
369     } else {
370         ccm->mpid = htons(cfm->mpid);
371         ccm->mpid64 = htonll(0);
372         ccm->opdown = 0;
373     }
374
375     if (cfm->ccm_interval == 0) {
376         assert(cfm->extended);
377         ccm->interval_ms_x = htons(cfm->ccm_interval_ms);
378     }
379
380     if (hmap_is_empty(&cfm->remote_mps)) {
381         ccm->flags |= CCM_RDI_MASK;
382     }
383 }
384
385 void
386 cfm_wait(struct cfm *cfm)
387 {
388     timer_wait(&cfm->tx_timer);
389     timer_wait(&cfm->fault_timer);
390 }
391
392 /* Configures 'cfm' with settings from 's'. */
393 bool
394 cfm_configure(struct cfm *cfm, const struct cfm_settings *s)
395 {
396     uint8_t interval;
397     int interval_ms;
398
399     if (!cfm_is_valid_mpid(s->extended, s->mpid) || s->interval <= 0) {
400         return false;
401     }
402
403     cfm->mpid = s->mpid;
404     cfm->extended = s->extended;
405     cfm->opup = s->opup;
406     interval = ms_to_ccm_interval(s->interval);
407     interval_ms = ccm_interval_to_ms(interval);
408
409     cfm->ccm_vlan = s->ccm_vlan & VLAN_VID_MASK;
410     if (cfm->extended && interval_ms != s->interval) {
411         interval = 0;
412         interval_ms = MIN(s->interval, UINT16_MAX);
413     }
414
415     if (interval != cfm->ccm_interval || interval_ms != cfm->ccm_interval_ms) {
416         cfm->ccm_interval = interval;
417         cfm->ccm_interval_ms = interval_ms;
418
419         timer_set_expired(&cfm->tx_timer);
420         timer_set_duration(&cfm->fault_timer, cfm_fault_interval(cfm));
421     }
422
423     return true;
424 }
425
426 /* Returns true if 'cfm' should process packets from 'flow'. */
427 bool
428 cfm_should_process_flow(const struct cfm *cfm, const struct flow *flow)
429 {
430     return (ntohs(flow->dl_type) == ETH_TYPE_CFM
431             && eth_addr_equals(flow->dl_dst, cfm_ccm_addr(cfm)));
432 }
433
434 /* Updates internal statistics relevant to packet 'p'.  Should be called on
435  * every packet whose flow returned true when passed to
436  * cfm_should_process_flow. */
437 void
438 cfm_process_heartbeat(struct cfm *cfm, const struct ofpbuf *p)
439 {
440     struct ccm *ccm;
441     struct eth_header *eth;
442
443     eth = p->l2;
444     ccm = ofpbuf_at(p, (uint8_t *)p->l3 - (uint8_t *)p->data, CCM_ACCEPT_LEN);
445
446     if (!ccm) {
447         VLOG_INFO_RL(&rl, "%s: Received an unparseable 802.1ag CCM heartbeat.",
448                      cfm->name);
449         return;
450     }
451
452     if (ccm->opcode != CCM_OPCODE) {
453         VLOG_INFO_RL(&rl, "%s: Received an unsupported 802.1ag message. "
454                      "(opcode %u)", cfm->name, ccm->opcode);
455         return;
456     }
457
458     /* According to the 802.1ag specification, reception of a CCM with an
459      * incorrect ccm_interval, unexpected MAID, or unexpected MPID should
460      * trigger a fault.  We ignore this requirement for several reasons.
461      *
462      * Faults can cause a controller or Open vSwitch to make potentially
463      * expensive changes to the network topology.  It seems prudent to trigger
464      * them judiciously, especially when CFM is used to check slave status of
465      * bonds. Furthermore, faults can be maliciously triggered by crafting
466      * invalid CCMs. */
467     if (memcmp(ccm->maid, cfm->maid, sizeof ccm->maid)) {
468         cfm->unexpected_recv = true;
469         VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: Received unexpected remote MAID from MAC "
470                      ETH_ADDR_FMT, cfm->name, ETH_ADDR_ARGS(eth->eth_src));
471     } else {
472         uint8_t ccm_interval = ccm->flags & 0x7;
473         bool ccm_rdi = ccm->flags & CCM_RDI_MASK;
474         uint16_t ccm_interval_ms_x = ntohs(ccm->interval_ms_x);
475
476         struct remote_mp *rmp;
477         uint64_t ccm_mpid;
478         bool ccm_opdown;
479
480         if (cfm->extended) {
481             ccm_mpid = ntohll(ccm->mpid64);
482             ccm_opdown = ccm->opdown;
483         } else {
484             ccm_mpid = ntohs(ccm->mpid);
485             ccm_opdown = false;
486         }
487
488         if (ccm_interval != cfm->ccm_interval) {
489             VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: received a CCM with an invalid interval"
490                          " (%"PRIu8") from RMP %"PRIu64, cfm->name,
491                          ccm_interval, ccm_mpid);
492         }
493
494         if (cfm->extended && ccm_interval == 0
495             && ccm_interval_ms_x != cfm->ccm_interval_ms) {
496             VLOG_WARN_RL(&rl, "%s: received a CCM with an invalid extended"
497                          " interval (%"PRIu16"ms) from RMP %"PRIu64, cfm->name,
498                          ccm_interval_ms_x, ccm_mpid);
499         }
500
501         rmp = lookup_remote_mp(cfm, ccm_mpid);
502         if (!rmp) {
503             if (hmap_count(&cfm->remote_mps) < CFM_MAX_RMPS) {
504                 rmp = xmalloc(sizeof *rmp);
505                 hmap_insert(&cfm->remote_mps, &rmp->node, hash_mpid(ccm_mpid));
506             } else {
507                 cfm->unexpected_recv = true;
508                 VLOG_WARN_RL(&rl,
509                              "%s: dropped CCM with MPID %"PRIu64" from MAC "
510                              ETH_ADDR_FMT, cfm->name, ccm_mpid,
511                              ETH_ADDR_ARGS(eth->eth_src));
512             }
513         }
514
515         if (rmp) {
516             rmp->mpid = ccm_mpid;
517             rmp->recv = true;
518             rmp->rdi = ccm_rdi;
519             rmp->opup = !ccm_opdown;
520         }
521
522         VLOG_DBG("%s: received CCM (seq %"PRIu32") (mpid %"PRIu64")"
523                  " (interval %"PRIu8") (RDI %s)", cfm->name, ntohl(ccm->seq),
524                  ccm_mpid, ccm_interval, ccm_rdi ? "true" : "false");
525     }
526 }
527
528 /* Gets the fault status of 'cfm'.  Returns true when 'cfm' has detected
529  * connectivity problems, false otherwise. */
530 bool
531 cfm_get_fault(const struct cfm *cfm)
532 {
533     return cfm->fault;
534 }
535
536 /* Gets the operational state of 'cfm'.  'cfm' is considered operationally down
537  * if it has received a CCM with the operationally down bit set from any of its
538  * remote maintenance points. Returns true if 'cfm' is operationally up. False
539  * otherwise. */
540 bool
541 cfm_get_opup(const struct cfm *cfm)
542 {
543     return cfm->remote_opup;
544 }
545
546 /* Populates 'rmps' with an array of remote maintenance points reachable by
547  * 'cfm'. The number of remote maintenance points is written to 'n_rmps'.
548  * 'cfm' retains ownership of the array written to 'rmps' */
549 void
550 cfm_get_remote_mpids(const struct cfm *cfm, const uint64_t **rmps,
551                      size_t *n_rmps)
552 {
553     *rmps = cfm->rmps_array;
554     *n_rmps = cfm->rmps_array_len;
555 }
556
557 static struct cfm *
558 cfm_find(const char *name)
559 {
560     struct cfm *cfm;
561
562     HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (cfm, hmap_node, hash_string(name, 0), &all_cfms) {
563         if (!strcmp(cfm->name, name)) {
564             return cfm;
565         }
566     }
567     return NULL;
568 }
569
570 static void
571 cfm_print_details(struct ds *ds, const struct cfm *cfm)
572 {
573     struct remote_mp *rmp;
574
575     ds_put_format(ds, "---- %s ----\n", cfm->name);
576     ds_put_format(ds, "MPID %"PRIu64":%s%s%s\n", cfm->mpid,
577                   cfm->extended ? " extended" : "",
578                   cfm->fault ? " fault" : "",
579                   cfm->unexpected_recv ? " unexpected_recv" : "");
580
581     ds_put_format(ds, "\topstate: %s\n", cfm->opup ? "up" : "down");
582     ds_put_format(ds, "\tremote_opstate: %s\n",
583                   cfm->remote_opup ? "up" : "down");
584     ds_put_format(ds, "\tinterval: %dms\n", cfm->ccm_interval_ms);
585     ds_put_format(ds, "\tnext CCM tx: %lldms\n",
586                   timer_msecs_until_expired(&cfm->tx_timer));
587     ds_put_format(ds, "\tnext fault check: %lldms\n",
588                   timer_msecs_until_expired(&cfm->fault_timer));
589
590     HMAP_FOR_EACH (rmp, node, &cfm->remote_mps) {
591         ds_put_format(ds, "Remote MPID %"PRIu64":%s\n",
592                       rmp->mpid,
593                       rmp->rdi ? " rdi" : "");
594         ds_put_format(ds, "\trecv since check: %s\n",
595                       rmp->recv ? "true" : "false");
596         ds_put_format(ds, "\topstate: %s\n", rmp->opup? "up" : "down");
597     }
598 }
599
600 static void
601 cfm_unixctl_show(struct unixctl_conn *conn,
602                  const char *args, void *aux OVS_UNUSED)
603 {
604     struct ds ds = DS_EMPTY_INITIALIZER;
605     const struct cfm *cfm;
606
607     if (strlen(args)) {
608         cfm = cfm_find(args);
609         if (!cfm) {
610             unixctl_command_reply(conn, 501, "no such CFM object");
611             return;
612         }
613         cfm_print_details(&ds, cfm);
614     } else {
615         HMAP_FOR_EACH (cfm, hmap_node, &all_cfms) {
616             cfm_print_details(&ds, cfm);
617         }
618     }
619
620     unixctl_command_reply(conn, 200, ds_cstr(&ds));
621     ds_destroy(&ds);
622 }