lib/dhcp-client.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2008, 2009 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 "dhcp-client.h"
  19 #include <arpa/inet.h>
  20 #include <assert.h>
  21 #include <errno.h>
  22 #include <inttypes.h>
  23 #include <limits.h>
  24 #include <stdlib.h>
  25 #include <string.h>
  26 #include <sys/types.h>
  27 #include <time.h>
  28 #include <unistd.h>
  29 #include "csum.h"
  30 #include "dhcp.h"
  31 #include "dynamic-string.h"
  32 #include "flow.h"
  33 #include "netdev.h"
  34 #include "ofpbuf.h"
  35 #include "poll-loop.h"
  36 #include "sat-math.h"
  37 #include "timeval.h"
  38
  39 #define THIS_MODULE VLM_dhcp_client
  40 #include "vlog.h"
  41
  42 #define DHCLIENT_STATES                         \
  43     DHCLIENT_STATE(INIT, 1 << 0)                \
  44     DHCLIENT_STATE(INIT_REBOOT, 1 << 1)         \
  45     DHCLIENT_STATE(REBOOTING, 1 << 2)           \
  46     DHCLIENT_STATE(SELECTING, 1 << 3)           \
  47     DHCLIENT_STATE(REQUESTING, 1 << 4)          \
  48     DHCLIENT_STATE(BOUND, 1 << 5)               \
  49     DHCLIENT_STATE(RENEWING, 1 << 6)            \
  50     DHCLIENT_STATE(REBINDING, 1 << 7)           \
  51     DHCLIENT_STATE(RELEASED, 1 << 8)
  52 enum dhclient_state {
  53 #define DHCLIENT_STATE(NAME, VALUE) S_##NAME = VALUE,
  54     DHCLIENT_STATES
  55 #undef DHCLIENT_STATE
  56 };
  57
  58 static struct vlog_rate_limit rl = VLOG_RATE_LIMIT_INIT(60, 60);
  59
  60 static const char *
  61 state_name(enum dhclient_state state)
  62 {
  63     switch (state) {
  64 #define DHCLIENT_STATE(NAME, VALUE) case S_##NAME: return #NAME;
  65         DHCLIENT_STATES
  66 #undef DHCLIENT_STATE
  67     }
  68     return "***ERROR***";
  69 }
  70
  71 struct dhclient {
  72     /* Configuration. */
  73     struct netdev *netdev;
  74
  75     void (*modify_request)(struct dhcp_msg *, void *aux);
  76     bool (*validate_offer)(const struct dhcp_msg *, void *aux);
  77     void *aux;
  78
  79     /* DHCP state. */
  80     enum dhclient_state state;
  81     unsigned int state_entered; /* When we transitioned to this state. */
  82     uint32_t xid;               /* In host byte order. */
  83     uint32_t ipaddr, netmask, router;
  84     uint32_t server_ip;
  85     struct dhcp_msg *binding;
  86     bool changed;
  87
  88     unsigned int retransmit, delay; /* Used by send_reliably(). */
  89     unsigned int max_timeout;
  90
  91     unsigned int init_delay;    /* Used by S_INIT. */
  92
  93     time_t lease_expiration;
  94     unsigned int bound_timeout;
  95     unsigned int renewing_timeout;
  96     unsigned int rebinding_timeout;
  97
  98     /* Used by dhclient_run() and dhclient_wait() */
  99     unsigned int min_timeout;
 100     int received;
 101
 102     /* Set when we send out a DHCPDISCOVER message. */
 103     uint32_t secs;
 104
 105     struct ds s;
 106 };
 107
 108 /* Minimum acceptable lease time, in seconds. */
 109 #define MIN_ACCEPTABLE_LEASE 15
 110
 111 static void state_transition(struct dhclient *, enum dhclient_state);
 112 static unsigned int elapsed_in_this_state(const struct dhclient *cli);
 113 static bool timeout(struct dhclient *, unsigned int secs);
 114
 115 static void dhclient_msg_init(struct dhclient *, enum dhcp_msg_type,
 116                               struct dhcp_msg *);
 117 static void send_reliably(struct dhclient *cli,
 118                           void (*make_packet)(struct dhclient *,
 119                                               struct dhcp_msg *));
 120 static bool do_receive_msg(struct dhclient *, struct dhcp_msg *);
 121 static void do_send_msg(struct dhclient *, const struct dhcp_msg *);
 122 static bool receive_ack(struct dhclient *);
 123
 124 static unsigned int fuzz(unsigned int x, int max_fuzz);
 125 static unsigned int calc_t2(unsigned int lease);
 126 static unsigned int calc_t1(unsigned int lease, unsigned int t2);
 127
 128 static unsigned int clamp(unsigned int x, unsigned int min, unsigned int max);
 129
 130 /* Creates a new DHCP client to configure the network device 'netdev_name'
 131  * (e.g. "eth0").
 132  *
 133  * If 'modify_request' is non-null, then each DHCP message to discover or
 134  * request an address will be passed to it (along with auxiliary data 'aux').
 135  * It may then add any desired options to the message for transmission.
 136  *
 137  * If 'validate_offer' is non-null, then each DHCP message that offers an
 138  * address will be passed to it (along with auxiliary data 'aux') for
 139  * validation: if it returns true, the address will accepted; otherwise, it
 140  * will be rejected.
 141  *
 142  * The DHCP client will not start advertising for an IP address until
 143  * dhclient_init() is called.
 144  *
 145  * If successful, returns 0 and sets '*cli' to the new DHCP client.  Otherwise,
 146  * returns a positive errno value and sets '*cli' to a null pointer. */
 147 int
 148 dhclient_create(const char *netdev_name,
 149                 void (*modify_request)(struct dhcp_msg *, void *aux),
 150                 bool (*validate_offer)(const struct dhcp_msg *, void *aux),
 151                 void *aux, struct dhclient **cli_)
 152 {
 153     struct dhclient *cli;
 154     struct netdev *netdev;
 155     int error;
 156
 157     *cli_ = NULL;
 158
 159     error = netdev_open(netdev_name, ETH_TYPE_IP, &netdev);
 160     /* XXX install socket filter to catch only DHCP packets. */
 161     if (error) {
 162         VLOG_ERR("could not open %s network device: %s",
 163                  netdev_name, strerror(error));
 164         return error;
 165     }
 166
 167     error = netdev_turn_flags_on(netdev, NETDEV_UP, false);
 168     if (error) {
 169         VLOG_ERR("could not bring %s device up: %s",
 170                  netdev_name, strerror(error));
 171         netdev_close(netdev);
 172         return error;
 173     }
 174
 175     cli = xcalloc(1, sizeof *cli);
 176     cli->modify_request = modify_request;
 177     cli->validate_offer = validate_offer;
 178     cli->aux = aux;
 179     cli->netdev = netdev;
 180     cli->state = S_RELEASED;
 181     cli->state_entered = time_now();
 182     cli->xid = random_uint32();
 183     cli->ipaddr = 0;
 184     cli->server_ip = 0;
 185     cli->retransmit = cli->delay = 0;
 186     cli->max_timeout = 64;
 187     cli->min_timeout = 1;
 188     ds_init(&cli->s);
 189     cli->changed = true;
 190     *cli_ = cli;
 191     return 0;
 192 }
 193
 194 /* Sets the maximum amount of timeout that 'cli' will wait for a reply from
 195  * the DHCP server before retransmitting, in seconds, to 'max_timeout'.  The
 196  * default is 64 seconds. */
 197 void
 198 dhclient_set_max_timeout(struct dhclient *cli, unsigned int max_timeout)
 199 {
 200     cli->max_timeout = MAX(2, max_timeout);
 201 }
 202
 203 /* Destroys 'cli' and frees all related resources. */
 204 void
 205 dhclient_destroy(struct dhclient *cli)
 206 {
 207     if (cli) {
 208         dhcp_msg_uninit(cli->binding);
 209         free(cli->binding);
 210         netdev_close(cli->netdev);
 211         ds_destroy(&cli->s);
 212         free(cli);
 213     }
 214 }
 215
 216 /* Returns the network device in use by 'cli'.  The caller must not destroy
 217  * the returned device. */
 218 struct netdev *
 219 dhclient_get_netdev(struct dhclient *cli)
 220 {
 221     return cli->netdev;
 222 }
 223
 224 /* Forces 'cli' into a (re)initialization state, in which no address is bound
 225  * but the client is advertising to obtain one.  If 'requested_ip' is nonzero,
 226  * then the client will attempt to re-bind to that IP address; otherwise, it
 227  * will not ask for any particular address. */
 228 void
 229 dhclient_init(struct dhclient *cli, uint32_t requested_ip)
 230 {
 231     state_transition(cli, requested_ip ? S_INIT_REBOOT : S_INIT);
 232     cli->ipaddr = requested_ip;
 233     cli->min_timeout = 0;
 234     cli->init_delay = 0;
 235 }
 236
 237 /* Forces 'cli' to release its bound IP address (if any).  The client will not
 238  * advertise for a new address until dhclient_init() is called again. */
 239 void
 240 dhclient_release(struct dhclient *cli)
 241 {
 242     if (dhclient_is_bound(cli)) {
 243         struct dhcp_msg msg;
 244         dhclient_msg_init(cli, DHCPRELEASE, &msg);
 245         msg.ciaddr = cli->ipaddr;
 246         do_send_msg(cli, &msg);
 247         dhcp_msg_uninit(&msg);
 248     }
 249     state_transition(cli, S_RELEASED);
 250     cli->min_timeout = UINT_MAX;
 251 }
 252
 253 static void
 254 do_force_renew(struct dhclient *cli, int deadline)
 255 {
 256     time_t now = time_now();
 257     unsigned int lease_left = sat_sub(cli->lease_expiration, now);
 258     if (lease_left <= deadline) {
 259         if (cli->state & (S_RENEWING | S_REBINDING)) {
 260             return;
 261         }
 262         deadline = lease_left;
 263     }
 264     if (cli->state & (S_BOUND | S_RENEWING)) {
 265         state_transition(cli, S_RENEWING);
 266         cli->renewing_timeout = deadline * 3 / 4;
 267         cli->rebinding_timeout = deadline * 1 / 4;
 268     } else {
 269         state_transition(cli, S_REBINDING);
 270         cli->rebinding_timeout = deadline;
 271     }
 272     cli->min_timeout = 0;
 273 }
 274
 275 /* Forces 'cli' to attempt to renew the lease its current IP address (if any)
 276  * within 'deadline' seconds.  If the deadline is not met, then the client
 277  * gives up its IP address binding and re-starts the DHCP process. */
 278 void
 279 dhclient_force_renew(struct dhclient *cli, int deadline)
 280 {
 281     /* Drain the receive queue so that we know that any DHCPACK we process is
 282      * freshly received. */
 283     netdev_drain(cli->netdev);
 284
 285     switch (cli->state) {
 286     case S_INIT:
 287     case S_INIT_REBOOT:
 288     case S_REBOOTING:
 289     case S_SELECTING:
 290     case S_REQUESTING:
 291         break;
 292
 293     case S_BOUND:
 294     case S_RENEWING:
 295     case S_REBINDING:
 296         do_force_renew(cli, deadline);
 297         break;
 298
 299     case S_RELEASED:
 300         dhclient_init(cli, 0);
 301         break;
 302     }
 303 }
 304
 305 /* Returns true if 'cli' is bound to an IP address, false otherwise. */
 306 bool
 307 dhclient_is_bound(const struct dhclient *cli)
 308 {
 309     return cli->state & (S_BOUND | S_RENEWING | S_REBINDING);
 310 }
 311
 312 /* Returns true if 'cli' has changed from bound to unbound, or vice versa, at
 313  * least once since the last time this function was called.  */
 314 bool
 315 dhclient_changed(struct dhclient *cli)
 316 {
 317     bool changed = cli->changed;
 318     cli->changed = 0;
 319     return changed;
 320 }
 321
 322 /* Returns 'cli''s current state, as a string.  The caller must not modify or
 323  * free the string. */
 324 const char *
 325 dhclient_get_state(const struct dhclient *cli)
 326 {
 327     return state_name(cli->state);
 328 }
 329
 330 /* Returns the number of seconds spent so far in 'cli''s current state. */
 331 unsigned int
 332 dhclient_get_state_elapsed(const struct dhclient *cli)
 333 {
 334     return elapsed_in_this_state(cli);
 335 }
 336
 337 /* If 'cli' is bound, returns the number of seconds remaining in its lease;
 338  * otherwise, returns 0. */
 339 unsigned int
 340 dhclient_get_lease_remaining(const struct dhclient *cli)
 341 {
 342     if (dhclient_is_bound(cli)) {
 343         time_t now = time_now();
 344         return cli->lease_expiration > now ? cli->lease_expiration - now : 0;
 345     } else {
 346         return 0;
 347     }
 348 }
 349
 350 /* If 'cli' is bound to an IP address, returns that IP address; otherwise,
 351  * returns 0. */
 352 uint32_t
 353 dhclient_get_ip(const struct dhclient *cli)
 354 {
 355     return dhclient_is_bound(cli) ? cli->ipaddr : 0;
 356 }
 357
 358 /* If 'cli' is bound to an IP address, returns the netmask for that IP address;
 359  * otherwise, returns 0. */
 360 uint32_t
 361 dhclient_get_netmask(const struct dhclient *cli)
 362 {
 363     return dhclient_is_bound(cli) ? cli->netmask : 0;
 364 }
 365
 366 /* If 'cli' is bound to an IP address and 'cli' has a default gateway, returns
 367  * that default gateway; otherwise, returns 0. */
 368 uint32_t
 369 dhclient_get_router(const struct dhclient *cli)
 370 {
 371     return dhclient_is_bound(cli) ? cli->router : 0;
 372 }
 373
 374 /* If 'cli' is bound to an IP address, returns the DHCP message that was
 375  * received to obtain that IP address (so that the caller can obtain additional
 376  * options from it).  Otherwise, returns a null pointer. */
 377 const struct dhcp_msg *
 378 dhclient_get_config(const struct dhclient *cli)
 379 {
 380     return dhclient_is_bound(cli) ? cli->binding : NULL;
 381 }
 382
 383 /* Configures the network device backing 'cli' to the network address and other
 384  * parameters obtained via DHCP.  If no address is bound on 'cli', removes any
 385  * configured address from 'cli'.
 386  *
 387  * To use a dhclient as a regular DHCP client that binds and unbinds from IP
 388  * addresses in the usual fashion, call this function after dhclient_run() if
 389  * anything has changed, like so:
 390  *
 391  * dhclient_run(cli);
 392  * if (dhclient_changed(cli)) {
 393  *     dhclient_configure_netdev(cli);
 394  * }
 395  *
 396  */
 397 int
 398 dhclient_configure_netdev(struct dhclient *cli)
 399 {
 400     struct in_addr addr = { dhclient_get_ip(cli) };
 401     struct in_addr mask = { dhclient_get_netmask(cli) };
 402     struct in_addr router = { dhclient_get_router(cli) };
 403     int error;
 404
 405     error = netdev_set_in4(cli->netdev, addr, mask);
 406     if (error) {
 407         VLOG_ERR("could not set %s address "IP_FMT"/"IP_FMT": %s",
 408                  netdev_get_name(cli->netdev),
 409                  IP_ARGS(&addr.s_addr), IP_ARGS(&mask.s_addr),
 410                  strerror(error));
 411     }
 412
 413     if (!error && router.s_addr) {
 414         error = netdev_add_router(cli->netdev, router);
 415         if (error) {
 416             VLOG_ERR("failed to add default route to "IP_FMT" on %s: %s",
 417                      IP_ARGS(&router), netdev_get_name(cli->netdev),
 418                      strerror(error));
 419         }
 420     }
 421
 422     return error;
 423 }
 424
 425 /* If 'cli' is bound and the binding includes DNS domain parameters, updates
 426  * /etc/resolv.conf will be updated to match the received parameters.  Returns
 427  * 0 if successful, otherwise a positive errno value. */
 428 int
 429 dhclient_update_resolv_conf(struct dhclient *cli)
 430 {
 431     uint32_t dns_server;
 432     char *domain_name;
 433     bool has_domain_name;
 434     char new_name[128];
 435     FILE *old, *new;
 436     int i;
 437
 438     if (!dhclient_is_bound(cli)) {
 439         return 0;
 440     }
 441     if (!dhcp_msg_get_ip(cli->binding, DHCP_CODE_DNS_SERVER, 0, &dns_server)) {
 442         VLOG_DBG("binding does not include any DNS servers");
 443         return 0;
 444     }
 445
 446     sprintf(new_name, "/etc/resolv.conf.tmp%ld", (long int) getpid());
 447     new = fopen(new_name, "w");
 448     if (!new) {
 449         VLOG_WARN("%s: create: %s", new_name, strerror(errno));
 450         return errno;
 451     }
 452
 453     domain_name = dhcp_msg_get_string(cli->binding, DHCP_CODE_DOMAIN_NAME);
 454     has_domain_name = domain_name != NULL;
 455     if (domain_name) {
 456         if (strspn(domain_name, "-_.0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
 457                    "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ") == strlen(domain_name)) {
 458             fprintf(new, "domain %s\n", domain_name);
 459         } else {
 460             VLOG_WARN("ignoring invalid domain name %s", domain_name);
 461             has_domain_name = false;
 462         }
 463     } else {
 464         VLOG_DBG("binding does not include domain name");
 465     }
 466     free(domain_name);
 467
 468     for (i = 0; dhcp_msg_get_ip(cli->binding, DHCP_CODE_DNS_SERVER,
 469                                 i, &dns_server); i++) {
 470         fprintf(new, "nameserver "IP_FMT"\n", IP_ARGS(&dns_server));
 471     }
 472
 473     old = fopen("/etc/resolv.conf", "r");
 474     if (old) {
 475         char line[128];
 476
 477         while (fgets(line, sizeof line, old)) {
 478             char *kw = xmemdup0(line, strcspn(line, " \t\r\n"));
 479             if (strcmp(kw, "nameserver")
 480                 && (!has_domain_name
 481                     || (strcmp(kw, "domain") && strcmp(kw, "search")))) {
 482                 fputs(line, new);
 483             }
 484             free(kw);
 485         }
 486         fclose(old);
 487     } else {
 488         VLOG_DBG("/etc/resolv.conf: open: %s", strerror(errno));
 489     }
 490
 491     if (fclose(new) < 0) {
 492         VLOG_WARN("%s: close: %s", new_name, strerror(errno));
 493         return errno;
 494     }
 495
 496     if (rename(new_name, "/etc/resolv.conf") < 0) {
 497         VLOG_WARN("failed to rename %s to /etc/resolv.conf: %s",
 498                   new_name, strerror(errno));
 499         return errno;
 500     }
 501
 502     return 0;
 503 }
 504 \f
 505 /* DHCP protocol. */
 506
 507 static void
 508 make_dhcpdiscover(struct dhclient *cli, struct dhcp_msg *msg)
 509 {
 510     cli->secs = elapsed_in_this_state(cli);
 511     dhclient_msg_init(cli, DHCPDISCOVER, msg);
 512     if (cli->ipaddr) {
 513         dhcp_msg_put_ip(msg, DHCP_CODE_REQUESTED_IP, cli->ipaddr);
 514     }
 515 }
 516
 517 static void
 518 make_dhcprequest(struct dhclient *cli, struct dhcp_msg *msg)
 519 {
 520     dhclient_msg_init(cli, DHCPREQUEST, msg);
 521     msg->ciaddr = dhclient_get_ip(cli);
 522     if (cli->state == S_REQUESTING) {
 523         dhcp_msg_put_ip(msg, DHCP_CODE_SERVER_IDENTIFIER, cli->server_ip);
 524     }
 525     dhcp_msg_put_ip(msg, DHCP_CODE_REQUESTED_IP, cli->ipaddr);
 526 }
 527
 528 static void
 529 do_init(struct dhclient *cli, enum dhclient_state next_state)
 530 {
 531     if (!cli->init_delay) {
 532         cli->init_delay = fuzz(2, 1);
 533     }
 534     if (timeout(cli, cli->init_delay)) {
 535         state_transition(cli, next_state);
 536     }
 537 }
 538
 539 static void
 540 dhclient_run_INIT(struct dhclient *cli)
 541 {
 542     do_init(cli, S_SELECTING);
 543 }
 544
 545 static void
 546 dhclient_run_INIT_REBOOT(struct dhclient *cli)
 547 {
 548     do_init(cli, S_REBOOTING);
 549 }
 550
 551 static void
 552 dhclient_run_REBOOTING(struct dhclient *cli)
 553 {
 554     send_reliably(cli, make_dhcprequest);
 555     if (!receive_ack(cli) && timeout(cli, 60)) {
 556         state_transition(cli, S_INIT);
 557     }
 558 }
 559
 560 static bool
 561 dhcp_receive(struct dhclient *cli, unsigned int msgs, struct dhcp_msg *msg)
 562 {
 563     while (do_receive_msg(cli, msg)) {
 564         if (msg->type > 31 || !((1u << msg->type) & msgs)) {
 565             VLOG_DBG_RL(&rl, "received unexpected %s in %s state: %s",
 566                         dhcp_type_name(msg->type), state_name(cli->state),
 567                         dhcp_msg_to_string(msg, false, &cli->s));
 568         } else if (msg->xid != cli->xid) {
 569             VLOG_DBG_RL(&rl,
 570                         "ignoring %s with xid != %08"PRIx32" in %s state: %s",
 571                         dhcp_type_name(msg->type), msg->xid,
 572                         state_name(cli->state),
 573                         dhcp_msg_to_string(msg, false, &cli->s));
 574         } else {
 575             return true;
 576         }
 577         dhcp_msg_uninit(msg);
 578     }
 579     return false;
 580 }
 581
 582 static bool
 583 validate_offered_options(struct dhclient *cli, const struct dhcp_msg *msg)
 584 {
 585     uint32_t lease, netmask;
 586     if (!dhcp_msg_get_secs(msg, DHCP_CODE_LEASE_TIME, 0, &lease)) {
 587         VLOG_WARN_RL(&rl, "%s lacks lease time: %s", dhcp_type_name(msg->type),
 588                      dhcp_msg_to_string(msg, false, &cli->s));
 589     } else if (!dhcp_msg_get_ip(msg, DHCP_CODE_SUBNET_MASK, 0, &netmask)) {
 590         VLOG_WARN_RL(&rl, "%s lacks netmask: %s", dhcp_type_name(msg->type),
 591                      dhcp_msg_to_string(msg, false, &cli->s));
 592     } else if (lease < MIN_ACCEPTABLE_LEASE) {
 593         VLOG_WARN_RL(&rl, "Ignoring %s with %"PRIu32"-second lease time: %s",
 594                      dhcp_type_name(msg->type), lease,
 595                      dhcp_msg_to_string(msg, false, &cli->s));
 596     } else if (cli->validate_offer && !cli->validate_offer(msg, cli->aux)) {
 597         VLOG_DBG_RL(&rl, "client validation hook refused offer: %s",
 598                     dhcp_msg_to_string(msg, false, &cli->s));
 599     } else {
 600         return true;
 601     }
 602     return false;
 603 }
 604
 605 static void
 606 dhclient_run_SELECTING(struct dhclient *cli)
 607 {
 608     struct dhcp_msg msg;
 609
 610     send_reliably(cli, make_dhcpdiscover);
 611     if (cli->server_ip && timeout(cli, 60)) {
 612         cli->server_ip = 0;
 613         state_transition(cli, S_INIT);
 614     }
 615     for (; dhcp_receive(cli, 1u << DHCPOFFER, &msg); dhcp_msg_uninit(&msg)) {
 616         if (!validate_offered_options(cli, &msg)) {
 617             continue;
 618         }
 619         if (!dhcp_msg_get_ip(&msg, DHCP_CODE_SERVER_IDENTIFIER,
 620                              0, &cli->server_ip)) {
 621             VLOG_WARN_RL(&rl, "DHCPOFFER lacks server identifier: %s",
 622                          dhcp_msg_to_string(&msg, false, &cli->s));
 623             continue;
 624         }
 625
 626         VLOG_DBG_RL(&rl, "accepting DHCPOFFER: %s",
 627                     dhcp_msg_to_string(&msg, false, &cli->s));
 628         cli->ipaddr = msg.yiaddr;
 629         state_transition(cli, S_REQUESTING);
 630         break;
 631     }
 632 }
 633
 634 static bool
 635 same_binding(const struct dhcp_msg *old, const struct dhcp_msg *new)
 636 {
 637     static const int codes[] = {
 638         DHCP_CODE_SUBNET_MASK,
 639         DHCP_CODE_ROUTER,
 640         DHCP_CODE_DNS_SERVER,
 641         DHCP_CODE_HOST_NAME,
 642         DHCP_CODE_DOMAIN_NAME,
 643         DHCP_CODE_IP_TTL,
 644         DHCP_CODE_MTU,
 645         DHCP_CODE_BROADCAST_ADDRESS,
 646         DHCP_CODE_STATIC_ROUTE,
 647         DHCP_CODE_ARP_CACHE_TIMEOUT,
 648         DHCP_CODE_ETHERNET_ENCAPSULATION,
 649         DHCP_CODE_TCP_TTL,
 650         DHCP_CODE_SERVER_IDENTIFIER,
 651         DHCP_CODE_OFP_CONTROLLER_VCONN,
 652         DHCP_CODE_OFP_PKI_URI,
 653     };
 654     int i;
 655     bool same = true;
 656
 657     if (old->yiaddr != new->yiaddr) {
 658         VLOG_WARN("DHCP binding changed IP address from "IP_FMT" to "IP_FMT,
 659                   IP_ARGS(&old->yiaddr), IP_ARGS(&new->yiaddr));
 660         same = false;
 661     }
 662     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(codes); i++) {
 663         int code = codes[i];
 664         const struct dhcp_option *old_opt = &old->options[code];
 665         const struct dhcp_option *new_opt = &new->options[code];
 666         if (!dhcp_option_equals(old_opt, new_opt)) {
 667             struct ds old_string = DS_EMPTY_INITIALIZER;
 668             struct ds new_string = DS_EMPTY_INITIALIZER;
 669             VLOG_WARN("DHCP binding changed option from %s to %s",
 670                       dhcp_option_to_string(old_opt, code, &old_string),
 671                       dhcp_option_to_string(new_opt, code, &new_string));
 672             ds_destroy(&old_string);
 673             ds_destroy(&new_string);
 674             same = false;
 675         }
 676     }
 677     return same;
 678 }
 679
 680 static bool
 681 receive_ack(struct dhclient *cli)
 682 {
 683     struct dhcp_msg msg;
 684
 685     if (!dhcp_receive(cli, (1u << DHCPACK) | (1u << DHCPNAK), &msg)) {
 686         return false;
 687     } else if (msg.type == DHCPNAK) {
 688         dhcp_msg_uninit(&msg);
 689         state_transition(cli, S_INIT);
 690         return true;
 691     } else if (!validate_offered_options(cli, &msg)) {
 692         dhcp_msg_uninit(&msg);
 693         return false;
 694     } else {
 695         uint32_t lease = 0, t1 = 0, t2 = 0;
 696
 697         if (cli->binding) {
 698             if (!same_binding(cli->binding, &msg)) {
 699                 cli->changed = true;
 700             }
 701             dhcp_msg_uninit(cli->binding);
 702         } else {
 703             cli->binding = xmalloc(sizeof *cli->binding);
 704         }
 705         dhcp_msg_copy(cli->binding, &msg);
 706
 707         dhcp_msg_get_secs(&msg, DHCP_CODE_LEASE_TIME, 0, &lease);
 708         dhcp_msg_get_secs(&msg, DHCP_CODE_T1, 0, &t1);
 709         dhcp_msg_get_secs(&msg, DHCP_CODE_T2, 0, &t2);
 710         assert(lease >= MIN_ACCEPTABLE_LEASE);
 711
 712         if (!t2 || t2 >= lease) {
 713             t2 = calc_t2(lease);
 714         }
 715         if (!t1 || t1 >= t2) {
 716             t1 = calc_t1(lease, t2);
 717         }
 718
 719         cli->lease_expiration = sat_add(time_now(), lease);
 720         cli->bound_timeout = t1;
 721         cli->renewing_timeout = t2 - t1;
 722         cli->rebinding_timeout = lease - t2;
 723
 724         cli->ipaddr = msg.yiaddr;
 725         dhcp_msg_get_ip(&msg, DHCP_CODE_SUBNET_MASK, 0, &cli->netmask);
 726         if (!dhcp_msg_get_ip(&msg, DHCP_CODE_ROUTER, 0, &cli->router)) {
 727             cli->router = INADDR_ANY;
 728         }
 729         state_transition(cli, S_BOUND);
 730         VLOG_DBG("Bound: %s", dhcp_msg_to_string(&msg, false, &cli->s));
 731         return true;
 732     }
 733 }
 734
 735 static void
 736 dhclient_run_REQUESTING(struct dhclient *cli)
 737 {
 738     send_reliably(cli, make_dhcprequest);
 739     if (!receive_ack(cli) && timeout(cli, 60)) {
 740         state_transition(cli, S_INIT);
 741     }
 742 }
 743
 744 static void
 745 dhclient_run_BOUND(struct dhclient *cli)
 746 {
 747     if (timeout(cli, cli->bound_timeout)) {
 748         state_transition(cli, S_RENEWING);
 749     }
 750 }
 751
 752 static void
 753 dhclient_run_RENEWING(struct dhclient *cli)
 754 {
 755     send_reliably(cli, make_dhcprequest);
 756     if (!receive_ack(cli) && timeout(cli, cli->renewing_timeout)) {
 757         state_transition(cli, S_REBINDING);
 758     }
 759 }
 760
 761 static void
 762 dhclient_run_REBINDING(struct dhclient *cli)
 763 {
 764     send_reliably(cli, make_dhcprequest);
 765     if (!receive_ack(cli) && timeout(cli, cli->rebinding_timeout)) {
 766         state_transition(cli, S_INIT);
 767     }
 768 }
 769
 770 static void
 771 dhclient_run_RELEASED(struct dhclient *cli UNUSED)
 772 {
 773     /* Nothing to do. */
 774 }
 775
 776 /* Processes the DHCP protocol for 'cli'. */
 777 void
 778 dhclient_run(struct dhclient *cli)
 779 {
 780     int old_state;
 781     do {
 782         old_state = cli->state;
 783         cli->min_timeout = UINT_MAX;
 784         cli->received = 0;
 785         switch (cli->state) {
 786 #define DHCLIENT_STATE(NAME, VALUE) \
 787             case S_##NAME: dhclient_run_##NAME(cli); break;
 788             DHCLIENT_STATES
 789 #undef DHCLIENT_STATE
 790         default:
 791             NOT_REACHED();
 792         }
 793     } while (cli->state != old_state);
 794 }
 795
 796 /* Sets up poll timeouts to wake up the poll loop when 'cli' needs to do some
 797  * work. */
 798 void
 799 dhclient_wait(struct dhclient *cli)
 800 {
 801     if (cli->min_timeout != UINT_MAX) {
 802         time_t now = time_now();
 803         unsigned int wake = sat_add(cli->state_entered, cli->min_timeout);
 804         if (wake <= now) {
 805             poll_immediate_wake();
 806         } else {
 807             poll_timer_wait(sat_mul(sat_sub(wake, now), 1000));
 808         }
 809     }
 810     /* Reset timeout to 1 second.  This will have no effect ordinarily, because
 811      * dhclient_run() will typically set it back to a higher value.  If,
 812      * however, the caller fails to call dhclient_run() before its next call to
 813      * dhclient_wait() we won't potentially block forever. */
 814     cli->min_timeout = 1;
 815
 816     if (cli->state & (S_SELECTING | S_REQUESTING | S_RENEWING | S_REBINDING)) {
 817         netdev_recv_wait(cli->netdev);
 818     }
 819 }
 820
 821 static void
 822 state_transition(struct dhclient *cli, enum dhclient_state state)
 823 {
 824     bool was_bound = dhclient_is_bound(cli);
 825     bool am_bound;
 826     if (cli->state != state) {
 827         VLOG_DBG("entering %s", state_name(state));
 828         cli->state = state;
 829     }
 830     cli->state_entered = time_now();
 831     cli->retransmit = cli->delay = 0;
 832     am_bound = dhclient_is_bound(cli);
 833     if (was_bound != am_bound) {
 834         cli->changed = true;
 835         if (am_bound) {
 836             assert(cli->binding != NULL);
 837             VLOG_INFO("%s: obtained address "IP_FMT", netmask "IP_FMT,
 838                       netdev_get_name(cli->netdev),
 839                       IP_ARGS(&cli->ipaddr), IP_ARGS(&cli->netmask));
 840             if (cli->router) {
 841                 VLOG_INFO("%s: obtained default gateway "IP_FMT,
 842                           netdev_get_name(cli->netdev), IP_ARGS(&cli->router));
 843             }
 844         } else {
 845             dhcp_msg_uninit(cli->binding);
 846             free(cli->binding);
 847             cli->binding = NULL;
 848
 849             VLOG_INFO("%s: network address unbound",
 850                       netdev_get_name(cli->netdev));
 851         }
 852     }
 853     if (cli->state & (S_SELECTING | S_REQUESTING | S_REBOOTING)) {
 854         netdev_drain(cli->netdev);
 855     }
 856 }
 857
 858 static void
 859 send_reliably(struct dhclient *cli,
 860               void (*make_packet)(struct dhclient *, struct dhcp_msg *))
 861 {
 862     if (timeout(cli, cli->retransmit)) {
 863         struct dhcp_msg msg;
 864         make_packet(cli, &msg);
 865         if (cli->modify_request) {
 866             cli->modify_request(&msg, cli->aux);
 867         }
 868         do_send_msg(cli, &msg);
 869         cli->delay = MIN(cli->max_timeout, MAX(4, cli->delay * 2));
 870         cli->retransmit += fuzz(cli->delay, 1);
 871         timeout(cli, cli->retransmit);
 872         dhcp_msg_uninit(&msg);
 873      }
 874 }
 875
 876 static void
 877 dhclient_msg_init(struct dhclient *cli, enum dhcp_msg_type type,
 878                   struct dhcp_msg *msg)
 879 {
 880     dhcp_msg_init(msg);
 881     msg->op = DHCP_BOOTREQUEST;
 882     msg->xid = cli->xid;
 883     msg->secs = cli->secs;
 884     msg->type = type;
 885     netdev_get_etheraddr(cli->netdev, msg->chaddr);
 886 }
 887
 888 /* If time goes backward this returns a large number, which makes it look like
 889  * we've been in the current state a very long time.  That's probably
 890  * fine for that corner case--we'll just expire our lease, etc., and try to
 891  * get a new one.  */
 892 static unsigned int
 893 elapsed_in_this_state(const struct dhclient *cli)
 894 {
 895     return time_now() - cli->state_entered;
 896 }
 897
 898 static bool
 899 timeout(struct dhclient *cli, unsigned int secs)
 900 {
 901     cli->min_timeout = MIN(cli->min_timeout, secs);
 902     return time_now() >= sat_add(cli->state_entered, secs);
 903 }
 904
 905 static bool
 906 do_receive_msg(struct dhclient *cli, struct dhcp_msg *msg)
 907 {
 908     uint8_t cli_mac[ETH_ADDR_LEN];
 909     struct ofpbuf b;
 910     int mtu;
 911
 912     netdev_get_mtu(cli->netdev, &mtu);
 913     ofpbuf_init(&b, mtu + VLAN_ETH_HEADER_LEN);
 914     netdev_get_etheraddr(cli->netdev, cli_mac);
 915     for (; cli->received < 50; cli->received++) {
 916         const struct ip_header *ip;
 917         const struct dhcp_header *dhcp;
 918         flow_t flow;
 919         int error;
 920
 921         ofpbuf_clear(&b);
 922         error = netdev_recv(cli->netdev, &b);
 923         if (error) {
 924             goto drained;
 925         }
 926
 927         flow_extract(&b, 0, &flow);
 928         if (flow.dl_type != htons(ETH_TYPE_IP)
 929             || flow.nw_proto != IP_TYPE_UDP
 930             || flow.tp_dst != htons(DHCP_CLIENT_PORT)
 931             || !(eth_addr_is_broadcast(flow.dl_dst)
 932                  || eth_addr_equals(flow.dl_dst, cli_mac))) {
 933             continue;
 934         }
 935
 936         ip = b.l3;
 937         if (IP_IS_FRAGMENT(ip->ip_frag_off)) {
 938             /* We don't do reassembly. */
 939             VLOG_WARN_RL(&rl, "ignoring fragmented DHCP datagram");
 940             continue;
 941         }
 942
 943         dhcp = b.l7;
 944         if (!dhcp) {
 945             VLOG_WARN_RL(&rl, "ignoring DHCP datagram with missing payload");
 946             continue;
 947         }
 948
 949         ofpbuf_pull(&b, (char *)b.l7 - (char*)b.data);
 950         error = dhcp_parse(msg, &b);
 951         if (!error) {
 952             if (VLOG_IS_DBG_ENABLED()) {
 953                 VLOG_DBG_RL(&rl, "received %s",
 954                             dhcp_msg_to_string(msg, false, &cli->s));
 955             } else {
 956                 VLOG_INFO_RL(&rl, "received %s", dhcp_type_name(msg->type));
 957             }
 958             ofpbuf_uninit(&b);
 959             return true;
 960         }
 961     }
 962     netdev_drain(cli->netdev);
 963 drained:
 964     ofpbuf_uninit(&b);
 965     return false;
 966 }
 967
 968 static void
 969 do_send_msg(struct dhclient *cli, const struct dhcp_msg *msg)
 970 {
 971     struct ofpbuf b;
 972     struct eth_header eh;
 973     struct ip_header nh;
 974     struct udp_header th;
 975     uint32_t udp_csum;
 976     int error;
 977
 978     ofpbuf_init(&b, ETH_TOTAL_MAX);
 979     ofpbuf_reserve(&b, ETH_HEADER_LEN + IP_HEADER_LEN + UDP_HEADER_LEN);
 980
 981     dhcp_assemble(msg, &b);
 982
 983     netdev_get_etheraddr(cli->netdev, eh.eth_src);
 984     memcpy(eh.eth_dst, eth_addr_broadcast, ETH_ADDR_LEN);
 985     eh.eth_type = htons(ETH_TYPE_IP);
 986
 987     nh.ip_ihl_ver = IP_IHL_VER(5, IP_VERSION);
 988     nh.ip_tos = 0;
 989     nh.ip_tot_len = htons(IP_HEADER_LEN + UDP_HEADER_LEN + b.size);
 990     /* We can't guarantee uniqueness of ip_id versus the host's, screwing up
 991      * fragment reassembly, so prevent fragmentation and use an all-zeros
 992      * ip_id.  RFC 791 doesn't say we can do this, but Linux does the same
 993      * thing for DF packets, so it must not screw anything up.  */
 994     nh.ip_id = 0;
 995     nh.ip_frag_off = htons(IP_DONT_FRAGMENT);
 996     nh.ip_ttl = 64;
 997     nh.ip_proto = IP_TYPE_UDP;
 998     nh.ip_csum = 0;
 999     nh.ip_src = dhclient_get_ip(cli);
1000     /* XXX need to use UDP socket for nonzero server IPs so that we can get
1001      * routing table support.
1002      *
1003      * if (...have server IP and in appropriate state...) {
1004      *    nh.ip_dst = cli->server_ip;
1005      * } else {
1006      *    nh.ip_dst = INADDR_BROADCAST;
1007      * }
1008      */
1009     nh.ip_dst = INADDR_BROADCAST;
1010     nh.ip_csum = csum(&nh, sizeof nh);
1011
1012     th.udp_src = htons(DHCP_CLIENT_PORT);
1013     th.udp_dst = htons(DHCP_SERVER_PORT);
1014     th.udp_len = htons(UDP_HEADER_LEN + b.size);
1015     th.udp_csum = 0;
1016     udp_csum = csum_add32(0, nh.ip_src);
1017     udp_csum = csum_add32(udp_csum, nh.ip_dst);
1018     udp_csum = csum_add16(udp_csum, IP_TYPE_UDP << 8);
1019     udp_csum = csum_add16(udp_csum, th.udp_len);
1020     udp_csum = csum_continue(udp_csum, &th, sizeof th);
1021     th.udp_csum = csum_finish(csum_continue(udp_csum, b.data, b.size));
1022
1023     ofpbuf_push(&b, &th, sizeof th);
1024     ofpbuf_push(&b, &nh, sizeof nh);
1025     ofpbuf_push(&b, &eh, sizeof eh);
1026
1027     /* Don't try to send the frame if it's too long for an Ethernet frame.  We
1028      * disregard the network device's actual MTU because we don't want the
1029      * frame to have to be discarded or fragmented if it travels over a regular
1030      * Ethernet at some point.  1500 bytes should be enough for anyone. */
1031     if (b.size <= ETH_TOTAL_MAX) {
1032         if (VLOG_IS_DBG_ENABLED()) {
1033             VLOG_DBG("sending %s", dhcp_msg_to_string(msg, false, &cli->s));
1034         } else {
1035             VLOG_INFO("sending %s", dhcp_type_name(msg->type));
1036         }
1037         error = netdev_send(cli->netdev, &b);
1038         if (error) {
1039             VLOG_ERR("send failed on %s: %s",
1040                      netdev_get_name(cli->netdev), strerror(error));
1041         }
1042     } else {
1043         VLOG_ERR("cannot send %zu-byte Ethernet frame", b.size);
1044     }
1045
1046     ofpbuf_uninit(&b);
1047 }
1048
1049 static unsigned int
1050 fuzz(unsigned int x, int max_fuzz)
1051 {
1052     /* Generate number in range [-max_fuzz, +max_fuzz]. */
1053     int fuzz = random_range(max_fuzz * 2 + 1) - max_fuzz;
1054     unsigned int y = x + fuzz;
1055     return fuzz >= 0 ? (y >= x ? y : UINT_MAX) : (y <= x ? y : 0);
1056 }
1057
1058 static unsigned int
1059 clamp(unsigned int x, unsigned int min, unsigned int max)
1060 {
1061     return x < min ? min : x > max ? max : x;
1062 }
1063
1064 static unsigned int
1065 calc_t2(unsigned int lease)
1066 {
1067     unsigned int base = lease * 0.875;
1068     return lease >= 60 ? clamp(fuzz(base, 10), 0, lease - 1) : base;
1069 }
1070
1071 static unsigned int
1072 calc_t1(unsigned int lease, unsigned int t2)
1073 {
1074     unsigned int base = lease / 2;
1075     return lease >= 60 ? clamp(fuzz(base, 10), 0, t2 - 1) : base;
1076 }