ofproto/in-band.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 Nicira, Inc.
   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 "in-band.h"
  19 #include <arpa/inet.h>
  20 #include <errno.h>
  21 #include <inttypes.h>
  22 #include <sys/socket.h>
  23 #include <net/if.h>
  24 #include <string.h>
  25 #include <stdlib.h>
  26 #include "classifier.h"
  27 #include "dhcp.h"
  28 #include "flow.h"
  29 #include "netdev.h"
  30 #include "netlink.h"
  31 #include "odp-util.h"
  32 #include "ofp-actions.h"
  33 #include "ofproto.h"
  34 #include "ofpbuf.h"
  35 #include "ofproto-provider.h"
  36 #include "openflow/openflow.h"
  37 #include "packets.h"
  38 #include "poll-loop.h"
  39 #include "timeval.h"
  40 #include "vlog.h"
  41
  42 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(in_band);
  43
  44 /* Priorities used in classifier for in-band rules.  These values are higher
  45  * than any that may be set with OpenFlow, and "18" kind of looks like "IB".
  46  * The ordering of priorities is not important because all of the rules set up
  47  * by in-band control have the same action.  The only reason to use more than
  48  * one priority is to make the kind of flow easier to see during debugging. */
  49 enum {
  50     /* One set per bridge. */
  51     IBR_FROM_LOCAL_DHCP = 180000, /* (a) From local port, DHCP. */
  52     IBR_TO_LOCAL_ARP,             /* (b) To local port, ARP. */
  53     IBR_FROM_LOCAL_ARP,           /* (c) From local port, ARP. */
  54
  55     /* One set per unique next-hop MAC. */
  56     IBR_TO_NEXT_HOP_ARP,          /* (d) To remote MAC, ARP. */
  57     IBR_FROM_NEXT_HOP_ARP,        /* (e) From remote MAC, ARP. */
  58
  59     /* One set per unique remote IP address. */
  60     IBR_TO_REMOTE_ARP,            /* (f) To remote IP, ARP. */
  61     IBR_FROM_REMOTE_ARP,          /* (g) From remote IP, ARP. */
  62
  63     /* One set per unique remote (IP,port) pair. */
  64     IBR_TO_REMOTE_TCP,            /* (h) To remote IP, TCP port. */
  65     IBR_FROM_REMOTE_TCP           /* (i) From remote IP, TCP port. */
  66 };
  67
  68 /* Track one remote IP and next hop information. */
  69 struct in_band_remote {
  70     struct sockaddr_in remote_addr; /* IP address, in network byte order. */
  71     uint8_t remote_mac[ETH_ADDR_LEN]; /* Next-hop MAC, all-zeros if unknown. */
  72     uint8_t last_remote_mac[ETH_ADDR_LEN]; /* Previous nonzero next-hop MAC. */
  73     struct netdev *remote_netdev; /* Device to send to next-hop MAC. */
  74 };
  75
  76 /* What to do to an in_band_rule. */
  77 enum in_band_op {
  78     ADD,                       /* Add the rule to ofproto's flow table. */
  79     DELETE                     /* Delete the rule from ofproto's flow table. */
  80 };
  81
  82 /* A rule to add to or delete from ofproto's flow table.  */
  83 struct in_band_rule {
  84     struct hmap_node hmap_node; /* In struct in_band's "rules" hmap. */
  85     struct match match;
  86     unsigned int priority;
  87     enum in_band_op op;
  88 };
  89
  90 struct in_band {
  91     struct ofproto *ofproto;
  92     int queue_id;
  93
  94     /* Remote information. */
  95     time_t next_remote_refresh; /* Refresh timer. */
  96     struct in_band_remote *remotes;
  97     size_t n_remotes;
  98
  99     /* Local information. */
 100     time_t next_local_refresh;       /* Refresh timer. */
 101     uint8_t local_mac[ETH_ADDR_LEN]; /* Current MAC. */
 102     struct netdev *local_netdev;     /* Local port's network device. */
 103
 104     /* Flow tracking. */
 105     struct hmap rules;          /* Contains "struct in_band_rule"s. */
 106 };
 107
 108 static struct vlog_rate_limit rl = VLOG_RATE_LIMIT_INIT(60, 60);
 109
 110 static int
 111 refresh_remote(struct in_band *ib, struct in_band_remote *r)
 112 {
 113     struct in_addr next_hop_inaddr;
 114     char *next_hop_dev;
 115     int retval;
 116
 117     /* Find the next-hop IP address. */
 118     memset(r->remote_mac, 0, sizeof r->remote_mac);
 119     retval = netdev_get_next_hop(ib->local_netdev, &r->remote_addr.sin_addr,
 120                                  &next_hop_inaddr, &next_hop_dev);
 121     if (retval) {
 122         VLOG_WARN("cannot find route for controller ("IP_FMT"): %s",
 123                   IP_ARGS(r->remote_addr.sin_addr.s_addr), strerror(retval));
 124         return 1;
 125     }
 126     if (!next_hop_inaddr.s_addr) {
 127         next_hop_inaddr = r->remote_addr.sin_addr;
 128     }
 129
 130     /* Open the next-hop network device. */
 131     if (!r->remote_netdev
 132         || strcmp(netdev_get_name(r->remote_netdev), next_hop_dev))
 133     {
 134         netdev_close(r->remote_netdev);
 135
 136         retval = netdev_open(next_hop_dev, "system", &r->remote_netdev);
 137         if (retval) {
 138             VLOG_WARN_RL(&rl, "cannot open netdev %s (next hop "
 139                          "to controller "IP_FMT"): %s",
 140                          next_hop_dev, IP_ARGS(r->remote_addr.sin_addr.s_addr),
 141                          strerror(retval));
 142             free(next_hop_dev);
 143             return 1;
 144         }
 145     }
 146     free(next_hop_dev);
 147
 148     /* Look up the MAC address of the next-hop IP address. */
 149     retval = netdev_arp_lookup(r->remote_netdev, next_hop_inaddr.s_addr,
 150                                r->remote_mac);
 151     if (retval) {
 152         VLOG_DBG_RL(&rl, "cannot look up remote MAC address ("IP_FMT"): %s",
 153                     IP_ARGS(next_hop_inaddr.s_addr), strerror(retval));
 154     }
 155
 156     /* If we don't have a MAC address, then refresh quickly, since we probably
 157      * will get a MAC address soon (via ARP).  Otherwise, we can afford to wait
 158      * a little while. */
 159     return eth_addr_is_zero(r->remote_mac) ? 1 : 10;
 160 }
 161
 162 static bool
 163 refresh_remotes(struct in_band *ib)
 164 {
 165     struct in_band_remote *r;
 166     bool any_changes;
 167
 168     if (time_now() < ib->next_remote_refresh) {
 169         return false;
 170     }
 171
 172     any_changes = false;
 173     ib->next_remote_refresh = TIME_MAX;
 174     for (r = ib->remotes; r < &ib->remotes[ib->n_remotes]; r++) {
 175         uint8_t old_remote_mac[ETH_ADDR_LEN];
 176         time_t next_refresh;
 177
 178         /* Save old MAC. */
 179         memcpy(old_remote_mac, r->remote_mac, ETH_ADDR_LEN);
 180
 181         /* Refresh remote information. */
 182         next_refresh = refresh_remote(ib, r) + time_now();
 183         ib->next_remote_refresh = MIN(ib->next_remote_refresh, next_refresh);
 184
 185         /* If the MAC changed, log the changes. */
 186         if (!eth_addr_equals(r->remote_mac, old_remote_mac)) {
 187             any_changes = true;
 188             if (!eth_addr_is_zero(r->remote_mac)
 189                 && !eth_addr_equals(r->last_remote_mac, r->remote_mac)) {
 190                 VLOG_DBG("remote MAC address changed from "ETH_ADDR_FMT
 191                          " to "ETH_ADDR_FMT,
 192                          ETH_ADDR_ARGS(r->last_remote_mac),
 193                          ETH_ADDR_ARGS(r->remote_mac));
 194                 memcpy(r->last_remote_mac, r->remote_mac, ETH_ADDR_LEN);
 195             }
 196         }
 197     }
 198
 199     return any_changes;
 200 }
 201
 202 /* Refreshes the MAC address of the local port into ib->local_mac, if it is due
 203  * for a refresh.  Returns true if anything changed, otherwise false.  */
 204 static bool
 205 refresh_local(struct in_band *ib)
 206 {
 207     uint8_t ea[ETH_ADDR_LEN];
 208     time_t now;
 209
 210     now = time_now();
 211     if (now < ib->next_local_refresh) {
 212         return false;
 213     }
 214     ib->next_local_refresh = now + 1;
 215
 216     if (netdev_get_etheraddr(ib->local_netdev, ea)
 217         || eth_addr_equals(ea, ib->local_mac)) {
 218         return false;
 219     }
 220
 221     memcpy(ib->local_mac, ea, ETH_ADDR_LEN);
 222     return true;
 223 }
 224
 225 /* Returns true if 'packet' should be sent to the local port regardless
 226  * of the flow table. */
 227 bool
 228 in_band_msg_in_hook(struct in_band *in_band, const struct flow *flow,
 229                     const struct ofpbuf *packet)
 230 {
 231     /* Regardless of how the flow table is configured, we want to be
 232      * able to see replies to our DHCP requests. */
 233     if (flow->dl_type == htons(ETH_TYPE_IP)
 234             && flow->nw_proto == IPPROTO_UDP
 235             && flow->tp_src == htons(DHCP_SERVER_PORT)
 236             && flow->tp_dst == htons(DHCP_CLIENT_PORT)
 237             && packet->l7) {
 238         struct dhcp_header *dhcp;
 239
 240         dhcp = ofpbuf_at(packet, (char *)packet->l7 - (char *)packet->data,
 241                          sizeof *dhcp);
 242         if (!dhcp) {
 243             return false;
 244         }
 245
 246         refresh_local(in_band);
 247         if (!eth_addr_is_zero(in_band->local_mac)
 248             && eth_addr_equals(dhcp->chaddr, in_band->local_mac)) {
 249             return true;
 250         }
 251     }
 252
 253     return false;
 254 }
 255
 256 /* Returns true if the rule that would match 'flow' with 'actions' is
 257  * allowed to be set up in the datapath. */
 258 bool
 259 in_band_rule_check(const struct flow *flow, uint32_t local_odp_port,
 260                    const struct nlattr *actions, size_t actions_len)
 261 {
 262     /* Don't allow flows that would prevent DHCP replies from being seen
 263      * by the local port. */
 264     if (flow->dl_type == htons(ETH_TYPE_IP)
 265             && flow->nw_proto == IPPROTO_UDP
 266             && flow->tp_src == htons(DHCP_SERVER_PORT)
 267             && flow->tp_dst == htons(DHCP_CLIENT_PORT)) {
 268         const struct nlattr *a;
 269         unsigned int left;
 270
 271         NL_ATTR_FOR_EACH_UNSAFE (a, left, actions, actions_len) {
 272             if (nl_attr_type(a) == OVS_ACTION_ATTR_OUTPUT
 273                 && nl_attr_get_u32(a) == local_odp_port) {
 274                 return true;
 275             }
 276         }
 277         return false;
 278     }
 279
 280     return true;
 281 }
 282
 283 static void
 284 add_rule(struct in_band *ib, const struct match *match, unsigned int priority)
 285 {
 286     uint32_t hash = match_hash(match, 0);
 287     struct in_band_rule *rule;
 288
 289     HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, hmap_node, hash, &ib->rules) {
 290         if (match_equal(&rule->match, match)) {
 291             rule->op = ADD;
 292             return;
 293         }
 294     }
 295
 296     rule = xmalloc(sizeof *rule);
 297     rule->match = *match;
 298     rule->priority = priority;
 299     rule->op = ADD;
 300     hmap_insert(&ib->rules, &rule->hmap_node, hash);
 301 }
 302
 303 static void
 304 update_rules(struct in_band *ib)
 305 {
 306     struct in_band_rule *ib_rule;
 307     struct in_band_remote *r;
 308     struct match match;
 309
 310     /* Mark all the existing rules for deletion.  (Afterward we will re-add any
 311      * rules that are still valid.) */
 312     HMAP_FOR_EACH (ib_rule, hmap_node, &ib->rules) {
 313         ib_rule->op = DELETE;
 314     }
 315
 316     if (ib->n_remotes && !eth_addr_is_zero(ib->local_mac)) {
 317         /* (a) Allow DHCP requests sent from the local port. */
 318         match_init_catchall(&match);
 319         match_set_in_port(&match, OFPP_LOCAL);
 320         match_set_dl_type(&match, htons(ETH_TYPE_IP));
 321         match_set_dl_src(&match, ib->local_mac);
 322         match_set_nw_proto(&match, IPPROTO_UDP);
 323         match_set_tp_src(&match, htons(DHCP_CLIENT_PORT));
 324         match_set_tp_dst(&match, htons(DHCP_SERVER_PORT));
 325         add_rule(ib, &match, IBR_FROM_LOCAL_DHCP);
 326
 327         /* (b) Allow ARP replies to the local port's MAC address. */
 328         match_init_catchall(&match);
 329         match_set_dl_type(&match, htons(ETH_TYPE_ARP));
 330         match_set_dl_dst(&match, ib->local_mac);
 331         match_set_nw_proto(&match, ARP_OP_REPLY);
 332         add_rule(ib, &match, IBR_TO_LOCAL_ARP);
 333
 334         /* (c) Allow ARP requests from the local port's MAC address.  */
 335         match_init_catchall(&match);
 336         match_set_dl_type(&match, htons(ETH_TYPE_ARP));
 337         match_set_dl_src(&match, ib->local_mac);
 338         match_set_nw_proto(&match, ARP_OP_REQUEST);
 339         add_rule(ib, &match, IBR_FROM_LOCAL_ARP);
 340     }
 341
 342     for (r = ib->remotes; r < &ib->remotes[ib->n_remotes]; r++) {
 343         const uint8_t *remote_mac = r->remote_mac;
 344
 345         if (eth_addr_is_zero(remote_mac)) {
 346             continue;
 347         }
 348
 349         /* (d) Allow ARP replies to the next hop's MAC address. */
 350         match_init_catchall(&match);
 351         match_set_dl_type(&match, htons(ETH_TYPE_ARP));
 352         match_set_dl_dst(&match, remote_mac);
 353         match_set_nw_proto(&match, ARP_OP_REPLY);
 354         add_rule(ib, &match, IBR_TO_NEXT_HOP_ARP);
 355
 356         /* (e) Allow ARP requests from the next hop's MAC address. */
 357         match_init_catchall(&match);
 358         match_set_dl_type(&match, htons(ETH_TYPE_ARP));
 359         match_set_dl_src(&match, remote_mac);
 360         match_set_nw_proto(&match, ARP_OP_REQUEST);
 361         add_rule(ib, &match, IBR_FROM_NEXT_HOP_ARP);
 362     }
 363
 364     for (r = ib->remotes; r < &ib->remotes[ib->n_remotes]; r++) {
 365         const struct sockaddr_in *a = &r->remote_addr;
 366
 367         /* (f) Allow ARP replies containing the remote's IP address as a
 368          * target. */
 369         match_init_catchall(&match);
 370         match_set_dl_type(&match, htons(ETH_TYPE_ARP));
 371         match_set_nw_proto(&match, ARP_OP_REPLY);
 372         match_set_nw_dst(&match, a->sin_addr.s_addr);
 373         add_rule(ib, &match, IBR_TO_REMOTE_ARP);
 374
 375         /* (g) Allow ARP requests containing the remote's IP address as a
 376          * source. */
 377         match_init_catchall(&match);
 378         match_set_dl_type(&match, htons(ETH_TYPE_ARP));
 379         match_set_nw_proto(&match, ARP_OP_REQUEST);
 380         match_set_nw_src(&match, a->sin_addr.s_addr);
 381         add_rule(ib, &match, IBR_FROM_REMOTE_ARP);
 382
 383         /* (h) Allow TCP traffic to the remote's IP and port. */
 384         match_init_catchall(&match);
 385         match_set_dl_type(&match, htons(ETH_TYPE_IP));
 386         match_set_nw_proto(&match, IPPROTO_TCP);
 387         match_set_nw_dst(&match, a->sin_addr.s_addr);
 388         match_set_tp_dst(&match, a->sin_port);
 389         add_rule(ib, &match, IBR_TO_REMOTE_TCP);
 390
 391         /* (i) Allow TCP traffic from the remote's IP and port. */
 392         match_init_catchall(&match);
 393         match_set_dl_type(&match, htons(ETH_TYPE_IP));
 394         match_set_nw_proto(&match, IPPROTO_TCP);
 395         match_set_nw_src(&match, a->sin_addr.s_addr);
 396         match_set_tp_src(&match, a->sin_port);
 397         add_rule(ib, &match, IBR_FROM_REMOTE_TCP);
 398     }
 399 }
 400
 401 /* Updates the OpenFlow flow table for the current state of in-band control.
 402  * Returns true ordinarily.  Returns false if no remotes are configured on 'ib'
 403  * and 'ib' doesn't have any rules left to remove from the OpenFlow flow
 404  * table.  Thus, a false return value means that the caller can destroy 'ib'
 405  * without leaving extra flows hanging around in the flow table. */
 406 bool
 407 in_band_run(struct in_band *ib)
 408 {
 409     uint64_t ofpacts_stub[128 / 8];
 410     struct ofpbuf ofpacts;
 411
 412     struct in_band_rule *rule, *next;
 413
 414     ofpbuf_use_stub(&ofpacts, ofpacts_stub, sizeof ofpacts_stub);
 415
 416     if (ib->queue_id >= 0) {
 417         ofpact_put_SET_QUEUE(&ofpacts)->queue_id = ib->queue_id;
 418     }
 419     ofpact_put_OUTPUT(&ofpacts)->port = OFPP_NORMAL;
 420
 421     refresh_local(ib);
 422     refresh_remotes(ib);
 423
 424     update_rules(ib);
 425
 426     HMAP_FOR_EACH_SAFE (rule, next, hmap_node, &ib->rules) {
 427         switch (rule->op) {
 428         case ADD:
 429             ofproto_add_flow(ib->ofproto, &rule->match, rule->priority,
 430                              ofpacts.data, ofpacts.size);
 431             break;
 432
 433         case DELETE:
 434             if (ofproto_delete_flow(ib->ofproto,
 435                                     &rule->match, rule->priority)) {
 436                 /* ofproto doesn't have the rule anymore so there's no reason
 437                  * for us to track it any longer. */
 438                 hmap_remove(&ib->rules, &rule->hmap_node);
 439                 free(rule);
 440             }
 441             break;
 442         }
 443     }
 444
 445     ofpbuf_uninit(&ofpacts);
 446
 447     return ib->n_remotes || !hmap_is_empty(&ib->rules);
 448 }
 449
 450 void
 451 in_band_wait(struct in_band *in_band)
 452 {
 453     long long int wakeup
 454             = MIN(in_band->next_remote_refresh, in_band->next_local_refresh);
 455     poll_timer_wait_until(wakeup * 1000);
 456 }
 457
 458 int
 459 in_band_create(struct ofproto *ofproto, const char *local_name,
 460                struct in_band **in_bandp)
 461 {
 462     struct in_band *in_band;
 463     struct netdev *local_netdev;
 464     int error;
 465
 466     *in_bandp = NULL;
 467     error = netdev_open(local_name, "internal", &local_netdev);
 468     if (error) {
 469         VLOG_ERR("failed to initialize in-band control: cannot open "
 470                  "datapath local port %s (%s)", local_name, strerror(error));
 471         return error;
 472     }
 473
 474     in_band = xzalloc(sizeof *in_band);
 475     in_band->ofproto = ofproto;
 476     in_band->queue_id = -1;
 477     in_band->next_remote_refresh = TIME_MIN;
 478     in_band->next_local_refresh = TIME_MIN;
 479     in_band->local_netdev = local_netdev;
 480     hmap_init(&in_band->rules);
 481
 482     *in_bandp = in_band;
 483
 484     return 0;
 485 }
 486
 487 void
 488 in_band_destroy(struct in_band *ib)
 489 {
 490     if (ib) {
 491         struct in_band_rule *rule, *next;
 492
 493         HMAP_FOR_EACH_SAFE (rule, next, hmap_node, &ib->rules) {
 494             hmap_remove(&ib->rules, &rule->hmap_node);
 495             free(rule);
 496         }
 497         hmap_destroy(&ib->rules);
 498         in_band_set_remotes(ib, NULL, 0);
 499         netdev_close(ib->local_netdev);
 500         free(ib);
 501     }
 502 }
 503
 504 static bool
 505 any_addresses_changed(struct in_band *ib,
 506                       const struct sockaddr_in *addresses, size_t n)
 507 {
 508     size_t i;
 509
 510     if (n != ib->n_remotes) {
 511         return true;
 512     }
 513
 514     for (i = 0; i < n; i++) {
 515         const struct sockaddr_in *old = &ib->remotes[i].remote_addr;
 516         const struct sockaddr_in *new = &addresses[i];
 517
 518         if (old->sin_addr.s_addr != new->sin_addr.s_addr ||
 519             old->sin_port != new->sin_port) {
 520             return true;
 521         }
 522     }
 523
 524     return false;
 525 }
 526
 527 void
 528 in_band_set_remotes(struct in_band *ib,
 529                     const struct sockaddr_in *addresses, size_t n)
 530 {
 531     size_t i;
 532
 533     if (!any_addresses_changed(ib, addresses, n)) {
 534         return;
 535     }
 536
 537     /* Clear old remotes. */
 538     for (i = 0; i < ib->n_remotes; i++) {
 539         netdev_close(ib->remotes[i].remote_netdev);
 540     }
 541     free(ib->remotes);
 542
 543     /* Set up new remotes. */
 544     ib->remotes = n ? xzalloc(n * sizeof *ib->remotes) : NULL;
 545     ib->n_remotes = n;
 546     for (i = 0; i < n; i++) {
 547         ib->remotes[i].remote_addr = addresses[i];
 548     }
 549
 550     /* Force refresh in next call to in_band_run(). */
 551     ib->next_remote_refresh = TIME_MIN;
 552 }
 553
 554 /* Sets the OpenFlow queue used by flows set up by 'ib' to 'queue_id'.  If
 555  * 'queue_id' is negative, 'ib' will not set any queue (which is also the
 556  * default). */
 557 void
 558 in_band_set_queue(struct in_band *ib, int queue_id)
 559 {
 560     ib->queue_id = queue_id;
 561 }
 562