l4/pkg/ankh/lib/lwip/contrib/src/core/ipv4/autoip.c

   1 /**
   2  * @file
   3  * AutoIP Automatic LinkLocal IP Configuration
   4  *
   5  */
   6
   7 /*
   8  *
   9  * Copyright (c) 2007 Dominik Spies <kontakt@dspies.de>
  10  * All rights reserved.
  11  *
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  32  * OF SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  * Author: Dominik Spies <kontakt@dspies.de>
  35  *
  36  * This is a AutoIP implementation for the lwIP TCP/IP stack. It aims to conform
  37  * with RFC 3927.
  38  *
  39  *
  40  * Please coordinate changes and requests with Dominik Spies
  41  * <kontakt@dspies.de>
  42  */
  43
  44 /*******************************************************************************
  45  * USAGE:
  46  *
  47  * define LWIP_AUTOIP 1  in your lwipopts.h
  48  *
  49  * If you don't use tcpip.c (so, don't call, you don't call tcpip_init):
  50  * - First, call autoip_init().
  51  * - call autoip_tmr() all AUTOIP_TMR_INTERVAL msces,
  52  *   that should be defined in autoip.h.
  53  *   I recommend a value of 100. The value must divide 1000 with a remainder almost 0.
  54  *   Possible values are 1000, 500, 333, 250, 200, 166, 142, 125, 111, 100 ....
  55  *
  56  * Without DHCP:
  57  * - Call autoip_start() after netif_add().
  58  *
  59  * With DHCP:
  60  * - define LWIP_DHCP_AUTOIP_COOP 1 in your lwipopts.h.
  61  * - Configure your DHCP Client.
  62  *
  63  */
  64
  65 #include "lwip/opt.h"
  66
  67 #if LWIP_AUTOIP /* don't build if not configured for use in lwipopts.h */
  68
  69 #include "lwip/mem.h"
  70 #include "lwip/udp.h"
  71 #include "lwip/ip_addr.h"
  72 #include "lwip/netif.h"
  73 #include "lwip/autoip.h"
  74 #include "netif/etharp.h"
  75
  76 #include <stdlib.h>
  77 #include <string.h>
  78
  79 /* 169.254.0.0 */
  80 #define AUTOIP_NET         0xA9FE0000
  81 /* 169.254.1.0 */
  82 #define AUTOIP_RANGE_START (AUTOIP_NET | 0x0100)
  83 /* 169.254.254.255 */
  84 #define AUTOIP_RANGE_END   (AUTOIP_NET | 0xFEFF)
  85
  86
  87 /** Pseudo random macro based on netif informations.
  88  * You could use "rand()" from the C Library if you define LWIP_AUTOIP_RAND in lwipopts.h */
  89 #ifndef LWIP_AUTOIP_RAND
  90 #define LWIP_AUTOIP_RAND(netif) ( (((u32_t)((netif->hwaddr[5]) & 0xff) << 24) | \
  91                                    ((u32_t)((netif->hwaddr[3]) & 0xff) << 16) | \
  92                                    ((u32_t)((netif->hwaddr[2]) & 0xff) << 8) | \
  93                                    ((u32_t)((netif->hwaddr[4]) & 0xff))) + \
  94                                    (netif->autoip?netif->autoip->tried_llipaddr:0))
  95 #endif /* LWIP_AUTOIP_RAND */
  96
  97 /**
  98  * Macro that generates the initial IP address to be tried by AUTOIP.
  99  * If you want to override this, define it to something else in lwipopts.h.
 100  */
 101 #ifndef LWIP_AUTOIP_CREATE_SEED_ADDR
 102 #define LWIP_AUTOIP_CREATE_SEED_ADDR(netif) \
 103   htonl(AUTOIP_RANGE_START + ((u32_t)(((u8_t)(netif->hwaddr[4])) | \
 104                  ((u32_t)((u8_t)(netif->hwaddr[5]))) << 8)))
 105 #endif /* LWIP_AUTOIP_CREATE_SEED_ADDR */
 106
 107 /* static functions */
 108 static void autoip_handle_arp_conflict(struct netif *netif);
 109
 110 /* creates a pseudo random LL IP-Address for a network interface */
 111 static void autoip_create_addr(struct netif *netif, ip_addr_t *ipaddr);
 112
 113 /* sends an ARP probe */
 114 static err_t autoip_arp_probe(struct netif *netif);
 115
 116 /* sends an ARP announce */
 117 static err_t autoip_arp_announce(struct netif *netif);
 118
 119 /* configure interface for use with current LL IP-Address */
 120 static err_t autoip_bind(struct netif *netif);
 121
 122 /* start sending probes for llipaddr */
 123 static void autoip_start_probing(struct netif *netif);
 124
 125 /**
 126  * Initialize this module
 127  */
 128 void
 129 autoip_init(void)
 130 {
 131   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE, ("autoip_init()\n"));
 132 }
 133
 134 /** Set a statically allocated struct autoip to work with.
 135  * Using this prevents autoip_start to allocate it using mem_malloc.
 136  *
 137  * @param netif the netif for which to set the struct autoip
 138  * @param dhcp (uninitialised) dhcp struct allocated by the application
 139  */
 140 void
 141 autoip_set_struct(struct netif *netif, struct autoip *autoip)
 142 {
 143   LWIP_ASSERT("netif != NULL", netif != NULL);
 144   LWIP_ASSERT("autoip != NULL", autoip != NULL);
 145   LWIP_ASSERT("netif already has a struct autoip set", netif->autoip == NULL);
 146
 147   /* clear data structure */
 148   memset(autoip, 0, sizeof(struct autoip));
 149   /* autoip->state = AUTOIP_STATE_OFF; */
 150   netif->autoip = autoip;
 151 }
 152
 153 /**
 154  * Handle a IP address conflict after an ARP conflict detection
 155  */
 156 static void
 157 autoip_handle_arp_conflict(struct netif *netif)
 158 {
 159   /* Somehow detect if we are defending or retreating */
 160   unsigned char defend = 1; /* tbd */
 161
 162   if(defend) {
 163     if(netif->autoip->lastconflict > 0) {
 164       /* retreat, there was a conflicting ARP in the last
 165        * DEFEND_INTERVAL seconds
 166        */
 167       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 168         ("autoip_handle_arp_conflict(): we are defending, but in DEFEND_INTERVAL, retreating\n"));
 169
 170       /* TODO: close all TCP sessions */
 171       autoip_start(netif);
 172     } else {
 173       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 174         ("autoip_handle_arp_conflict(): we are defend, send ARP Announce\n"));
 175       autoip_arp_announce(netif);
 176       netif->autoip->lastconflict = DEFEND_INTERVAL * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 177     }
 178   } else {
 179     LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 180       ("autoip_handle_arp_conflict(): we do not defend, retreating\n"));
 181     /* TODO: close all TCP sessions */
 182     autoip_start(netif);
 183   }
 184 }
 185
 186 /**
 187  * Create an IP-Address out of range 169.254.1.0 to 169.254.254.255
 188  *
 189  * @param netif network interface on which create the IP-Address
 190  * @param ipaddr ip address to initialize
 191  */
 192 static void
 193 autoip_create_addr(struct netif *netif, ip_addr_t *ipaddr)
 194 {
 195   /* Here we create an IP-Address out of range 169.254.1.0 to 169.254.254.255
 196    * compliant to RFC 3927 Section 2.1
 197    * We have 254 * 256 possibilities */
 198
 199   u32_t addr = ntohl(LWIP_AUTOIP_CREATE_SEED_ADDR(netif));
 200   addr += netif->autoip->tried_llipaddr;
 201   addr = AUTOIP_NET | (addr & 0xffff);
 202   /* Now, 169.254.0.0 <= addr <= 169.254.255.255 */
 203
 204   if (addr < AUTOIP_RANGE_START) {
 205     addr += AUTOIP_RANGE_END - AUTOIP_RANGE_START + 1;
 206   }
 207   if (addr > AUTOIP_RANGE_END) {
 208     addr -= AUTOIP_RANGE_END - AUTOIP_RANGE_START + 1;
 209   }
 210   LWIP_ASSERT("AUTOIP address not in range", (addr >= AUTOIP_RANGE_START) &&
 211         (addr <= AUTOIP_RANGE_END));
 212   ip4_addr_set_u32(ipaddr, htonl(addr));
 213
 214   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 215     ("autoip_create_addr(): tried_llipaddr=%"U16_F", %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 216     (u16_t)(netif->autoip->tried_llipaddr), ip4_addr1_16(ipaddr), ip4_addr2_16(ipaddr),
 217     ip4_addr3_16(ipaddr), ip4_addr4_16(ipaddr)));
 218 }
 219
 220 /**
 221  * Sends an ARP probe from a network interface
 222  *
 223  * @param netif network interface used to send the probe
 224  */
 225 static err_t
 226 autoip_arp_probe(struct netif *netif)
 227 {
 228   return etharp_raw(netif, (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &ethbroadcast,
 229     (struct eth_addr *)netif->hwaddr, IP_ADDR_ANY, &ethzero,
 230     &netif->autoip->llipaddr, ARP_REQUEST);
 231 }
 232
 233 /**
 234  * Sends an ARP announce from a network interface
 235  *
 236  * @param netif network interface used to send the announce
 237  */
 238 static err_t
 239 autoip_arp_announce(struct netif *netif)
 240 {
 241   return etharp_raw(netif, (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &ethbroadcast,
 242     (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &netif->autoip->llipaddr, &ethzero,
 243     &netif->autoip->llipaddr, ARP_REQUEST);
 244 }
 245
 246 /**
 247  * Configure interface for use with current LL IP-Address
 248  *
 249  * @param netif network interface to configure with current LL IP-Address
 250  */
 251 static err_t
 252 autoip_bind(struct netif *netif)
 253 {
 254   struct autoip *autoip = netif->autoip;
 255   ip_addr_t sn_mask, gw_addr;
 256
 257   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 258     ("autoip_bind(netif=%p) %c%c%"U16_F" %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 259     (void*)netif, netif->name[0], netif->name[1], (u16_t)netif->num,
 260     ip4_addr1_16(&autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&autoip->llipaddr),
 261     ip4_addr3_16(&autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&autoip->llipaddr)));
 262
 263   IP4_ADDR(&sn_mask, 255, 255, 0, 0);
 264   IP4_ADDR(&gw_addr, 0, 0, 0, 0);
 265
 266   netif_set_ipaddr(netif, &autoip->llipaddr);
 267   netif_set_netmask(netif, &sn_mask);
 268   netif_set_gw(netif, &gw_addr);
 269
 270   /* bring the interface up */
 271   netif_set_up(netif);
 272
 273   return ERR_OK;
 274 }
 275
 276 /**
 277  * Start AutoIP client
 278  *
 279  * @param netif network interface on which start the AutoIP client
 280  */
 281 err_t
 282 autoip_start(struct netif *netif)
 283 {
 284   struct autoip *autoip = netif->autoip;
 285   err_t result = ERR_OK;
 286
 287   if(netif_is_up(netif)) {
 288     netif_set_down(netif);
 289   }
 290
 291   /* Set IP-Address, Netmask and Gateway to 0 to make sure that
 292    * ARP Packets are formed correctly
 293    */
 294   ip_addr_set_zero(&netif->ip_addr);
 295   ip_addr_set_zero(&netif->netmask);
 296   ip_addr_set_zero(&netif->gw);
 297
 298   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 299     ("autoip_start(netif=%p) %c%c%"U16_F"\n", (void*)netif, netif->name[0],
 300     netif->name[1], (u16_t)netif->num));
 301   if(autoip == NULL) {
 302     /* no AutoIP client attached yet? */
 303     LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 304       ("autoip_start(): starting new AUTOIP client\n"));
 305     autoip = (struct autoip *)mem_malloc(sizeof(struct autoip));
 306     if(autoip == NULL) {
 307       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 308         ("autoip_start(): could not allocate autoip\n"));
 309       return ERR_MEM;
 310     }
 311     memset( autoip, 0, sizeof(struct autoip));
 312     /* store this AutoIP client in the netif */
 313     netif->autoip = autoip;
 314     LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE, ("autoip_start(): allocated autoip"));
 315   } else {
 316     autoip->state = AUTOIP_STATE_OFF;
 317     autoip->ttw = 0;
 318     autoip->sent_num = 0;
 319     memset(&autoip->llipaddr, 0, sizeof(ip_addr_t));
 320     autoip->lastconflict = 0;
 321   }
 322
 323   autoip_create_addr(netif, &(autoip->llipaddr));
 324   autoip->tried_llipaddr++;
 325   autoip_start_probing(netif);
 326
 327   return result;
 328 }
 329
 330 static void
 331 autoip_start_probing(struct netif *netif)
 332 {
 333   struct autoip *autoip = netif->autoip;
 334
 335   autoip->state = AUTOIP_STATE_PROBING;
 336   autoip->sent_num = 0;
 337   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 338      ("autoip_start_probing(): changing state to PROBING: %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 339       ip4_addr1_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&netif->autoip->llipaddr),
 340       ip4_addr3_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&netif->autoip->llipaddr)));
 341
 342   /* time to wait to first probe, this is randomly
 343    * choosen out of 0 to PROBE_WAIT seconds.
 344    * compliant to RFC 3927 Section 2.2.1
 345    */
 346   autoip->ttw = (u16_t)(LWIP_AUTOIP_RAND(netif) % (PROBE_WAIT * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND));
 347
 348   /*
 349    * if we tried more then MAX_CONFLICTS we must limit our rate for
 350    * accquiring and probing address
 351    * compliant to RFC 3927 Section 2.2.1
 352    */
 353   if(autoip->tried_llipaddr > MAX_CONFLICTS) {
 354     autoip->ttw = RATE_LIMIT_INTERVAL * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 355   }
 356 }
 357
 358 /**
 359  * Handle a possible change in the network configuration.
 360  *
 361  * If there is an AutoIP address configured, take the interface down
 362  * and begin probing with the same address.
 363  */
 364 void
 365 autoip_network_changed(struct netif *netif)
 366 {
 367   if (netif->autoip && netif->autoip->state != AUTOIP_STATE_OFF) {
 368     netif_set_down(netif);
 369     autoip_start_probing(netif);
 370   }
 371 }
 372
 373 /**
 374  * Stop AutoIP client
 375  *
 376  * @param netif network interface on which stop the AutoIP client
 377  */
 378 err_t
 379 autoip_stop(struct netif *netif)
 380 {
 381   netif->autoip->state = AUTOIP_STATE_OFF;
 382   netif_set_down(netif);
 383   return ERR_OK;
 384 }
 385
 386 /**
 387  * Has to be called in loop every AUTOIP_TMR_INTERVAL milliseconds
 388  */
 389 void
 390 autoip_tmr()
 391 {
 392   struct netif *netif = netif_list;
 393   /* loop through netif's */
 394   while (netif != NULL) {
 395     /* only act on AutoIP configured interfaces */
 396     if (netif->autoip != NULL) {
 397       if(netif->autoip->lastconflict > 0) {
 398         netif->autoip->lastconflict--;
 399       }
 400
 401       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 402         ("autoip_tmr() AutoIP-State: %"U16_F", ttw=%"U16_F"\n",
 403         (u16_t)(netif->autoip->state), netif->autoip->ttw));
 404
 405       switch(netif->autoip->state) {
 406         case AUTOIP_STATE_PROBING:
 407           if(netif->autoip->ttw > 0) {
 408             netif->autoip->ttw--;
 409           } else {
 410             if(netif->autoip->sent_num >= PROBE_NUM) {
 411               netif->autoip->state = AUTOIP_STATE_ANNOUNCING;
 412               netif->autoip->sent_num = 0;
 413               netif->autoip->ttw = ANNOUNCE_WAIT * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 414               LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 415                  ("autoip_tmr(): changing state to ANNOUNCING: %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 416                   ip4_addr1_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&netif->autoip->llipaddr),
 417                   ip4_addr3_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&netif->autoip->llipaddr)));
 418             } else {
 419               autoip_arp_probe(netif);
 420               LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 421                 ("autoip_tmr() PROBING Sent Probe\n"));
 422               netif->autoip->sent_num++;
 423               /* calculate time to wait to next probe */
 424               netif->autoip->ttw = (u16_t)((LWIP_AUTOIP_RAND(netif) %
 425                 ((PROBE_MAX - PROBE_MIN) * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND) ) +
 426                 PROBE_MIN * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND);
 427             }
 428           }
 429           break;
 430
 431         case AUTOIP_STATE_ANNOUNCING:
 432           if(netif->autoip->ttw > 0) {
 433             netif->autoip->ttw--;
 434           } else {
 435             if(netif->autoip->sent_num == 0) {
 436              /* We are here the first time, so we waited ANNOUNCE_WAIT seconds
 437               * Now we can bind to an IP address and use it.
 438               *
 439               * autoip_bind calls netif_set_up. This triggers a gratuitous ARP
 440               * which counts as an announcement.
 441               */
 442               autoip_bind(netif);
 443             } else {
 444               autoip_arp_announce(netif);
 445               LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 446                 ("autoip_tmr() ANNOUNCING Sent Announce\n"));
 447             }
 448             netif->autoip->ttw = ANNOUNCE_INTERVAL * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 449             netif->autoip->sent_num++;
 450
 451             if(netif->autoip->sent_num >= ANNOUNCE_NUM) {
 452               netif->autoip->state = AUTOIP_STATE_BOUND;
 453               netif->autoip->sent_num = 0;
 454               netif->autoip->ttw = 0;
 455                  LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 456                     ("autoip_tmr(): changing state to BOUND: %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 457                      ip4_addr1_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&netif->autoip->llipaddr),
 458                      ip4_addr3_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&netif->autoip->llipaddr)));
 459             }
 460           }
 461           break;
 462       }
 463     }
 464     /* proceed to next network interface */
 465     netif = netif->next;
 466   }
 467 }
 468
 469 /**
 470  * Handles every incoming ARP Packet, called by etharp_arp_input.
 471  *
 472  * @param netif network interface to use for autoip processing
 473  * @param hdr Incoming ARP packet
 474  */
 475 void
 476 autoip_arp_reply(struct netif *netif, struct etharp_hdr *hdr)
 477 {
 478   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE, ("autoip_arp_reply()\n"));
 479   if ((netif->autoip != NULL) && (netif->autoip->state != AUTOIP_STATE_OFF)) {
 480    /* when ip.src == llipaddr && hw.src != netif->hwaddr
 481     *
 482     * when probing  ip.dst == llipaddr && hw.src != netif->hwaddr
 483     * we have a conflict and must solve it
 484     */
 485     ip_addr_t sipaddr, dipaddr;
 486     struct eth_addr netifaddr;
 487     netifaddr.addr[0] = netif->hwaddr[0];
 488     netifaddr.addr[1] = netif->hwaddr[1];
 489     netifaddr.addr[2] = netif->hwaddr[2];
 490     netifaddr.addr[3] = netif->hwaddr[3];
 491     netifaddr.addr[4] = netif->hwaddr[4];
 492     netifaddr.addr[5] = netif->hwaddr[5];
 493
 494     /* Copy struct ip_addr2 to aligned ip_addr, to support compilers without
 495      * structure packing (not using structure copy which breaks strict-aliasing rules).
 496      */
 497     IPADDR2_COPY(&sipaddr, &hdr->sipaddr);
 498     IPADDR2_COPY(&dipaddr, &hdr->dipaddr);
 499
 500     if ((netif->autoip->state == AUTOIP_STATE_PROBING) ||
 501         ((netif->autoip->state == AUTOIP_STATE_ANNOUNCING) &&
 502          (netif->autoip->sent_num == 0))) {
 503      /* RFC 3927 Section 2.2.1:
 504       * from beginning to after ANNOUNCE_WAIT
 505       * seconds we have a conflict if
 506       * ip.src == llipaddr OR
 507       * ip.dst == llipaddr && hw.src != own hwaddr
 508       */
 509       if ((ip_addr_cmp(&sipaddr, &netif->autoip->llipaddr)) ||
 510           (ip_addr_cmp(&dipaddr, &netif->autoip->llipaddr) &&
 511            !eth_addr_cmp(&netifaddr, &hdr->shwaddr))) {
 512         LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE | LWIP_DBG_LEVEL_WARNING,
 513           ("autoip_arp_reply(): Probe Conflict detected\n"));
 514         autoip_start(netif);
 515       }
 516     } else {
 517      /* RFC 3927 Section 2.5:
 518       * in any state we have a conflict if
 519       * ip.src == llipaddr && hw.src != own hwaddr
 520       */
 521       if (ip_addr_cmp(&sipaddr, &netif->autoip->llipaddr) &&
 522           !eth_addr_cmp(&netifaddr, &hdr->shwaddr)) {
 523         LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE | LWIP_DBG_LEVEL_WARNING,
 524           ("autoip_arp_reply(): Conflicting ARP-Packet detected\n"));
 525         autoip_handle_arp_conflict(netif);
 526       }
 527     }
 528   }
 529 }
 530
 531 #endif /* LWIP_AUTOIP */