l4/pkg/lwip/lib/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 /** Set a statically allocated struct autoip to work with.
 127  * Using this prevents autoip_start to allocate it using mem_malloc.
 128  *
 129  * @param netif the netif for which to set the struct autoip
 130  * @param dhcp (uninitialised) dhcp struct allocated by the application
 131  */
 132 void
 133 autoip_set_struct(struct netif *netif, struct autoip *autoip)
 134 {
 135   LWIP_ASSERT("netif != NULL", netif != NULL);
 136   LWIP_ASSERT("autoip != NULL", autoip != NULL);
 137   LWIP_ASSERT("netif already has a struct autoip set", netif->autoip == NULL);
 138
 139   /* clear data structure */
 140   memset(autoip, 0, sizeof(struct autoip));
 141   /* autoip->state = AUTOIP_STATE_OFF; */
 142   netif->autoip = autoip;
 143 }
 144
 145 /** Restart AutoIP client and check the next address (conflict detected)
 146  *
 147  * @param netif The netif under AutoIP control
 148  */
 149 static void
 150 autoip_restart(struct netif *netif)
 151 {
 152   netif->autoip->tried_llipaddr++;
 153   autoip_start(netif);
 154 }
 155
 156 /**
 157  * Handle a IP address conflict after an ARP conflict detection
 158  */
 159 static void
 160 autoip_handle_arp_conflict(struct netif *netif)
 161 {
 162   /* Somehow detect if we are defending or retreating */
 163   unsigned char defend = 1; /* tbd */
 164
 165   if (defend) {
 166     if (netif->autoip->lastconflict > 0) {
 167       /* retreat, there was a conflicting ARP in the last
 168        * DEFEND_INTERVAL seconds
 169        */
 170       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 171         ("autoip_handle_arp_conflict(): we are defending, but in DEFEND_INTERVAL, retreating\n"));
 172
 173       /* TODO: close all TCP sessions */
 174       autoip_restart(netif);
 175     } else {
 176       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 177         ("autoip_handle_arp_conflict(): we are defend, send ARP Announce\n"));
 178       autoip_arp_announce(netif);
 179       netif->autoip->lastconflict = DEFEND_INTERVAL * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 180     }
 181   } else {
 182     LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 183       ("autoip_handle_arp_conflict(): we do not defend, retreating\n"));
 184     /* TODO: close all TCP sessions */
 185     autoip_restart(netif);
 186   }
 187 }
 188
 189 /**
 190  * Create an IP-Address out of range 169.254.1.0 to 169.254.254.255
 191  *
 192  * @param netif network interface on which create the IP-Address
 193  * @param ipaddr ip address to initialize
 194  */
 195 static void
 196 autoip_create_addr(struct netif *netif, ip_addr_t *ipaddr)
 197 {
 198   /* Here we create an IP-Address out of range 169.254.1.0 to 169.254.254.255
 199    * compliant to RFC 3927 Section 2.1
 200    * We have 254 * 256 possibilities */
 201
 202   u32_t addr = ntohl(LWIP_AUTOIP_CREATE_SEED_ADDR(netif));
 203   addr += netif->autoip->tried_llipaddr;
 204   addr = AUTOIP_NET | (addr & 0xffff);
 205   /* Now, 169.254.0.0 <= addr <= 169.254.255.255 */
 206
 207   if (addr < AUTOIP_RANGE_START) {
 208     addr += AUTOIP_RANGE_END - AUTOIP_RANGE_START + 1;
 209   }
 210   if (addr > AUTOIP_RANGE_END) {
 211     addr -= AUTOIP_RANGE_END - AUTOIP_RANGE_START + 1;
 212   }
 213   LWIP_ASSERT("AUTOIP address not in range", (addr >= AUTOIP_RANGE_START) &&
 214     (addr <= AUTOIP_RANGE_END));
 215   ip4_addr_set_u32(ipaddr, htonl(addr));
 216
 217   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 218     ("autoip_create_addr(): tried_llipaddr=%"U16_F", %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 219     (u16_t)(netif->autoip->tried_llipaddr), ip4_addr1_16(ipaddr), ip4_addr2_16(ipaddr),
 220     ip4_addr3_16(ipaddr), ip4_addr4_16(ipaddr)));
 221 }
 222
 223 /**
 224  * Sends an ARP probe from a network interface
 225  *
 226  * @param netif network interface used to send the probe
 227  */
 228 static err_t
 229 autoip_arp_probe(struct netif *netif)
 230 {
 231   return etharp_raw(netif, (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &ethbroadcast,
 232     (struct eth_addr *)netif->hwaddr, IP_ADDR_ANY, &ethzero,
 233     &netif->autoip->llipaddr, ARP_REQUEST);
 234 }
 235
 236 /**
 237  * Sends an ARP announce from a network interface
 238  *
 239  * @param netif network interface used to send the announce
 240  */
 241 static err_t
 242 autoip_arp_announce(struct netif *netif)
 243 {
 244   return etharp_raw(netif, (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &ethbroadcast,
 245     (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &netif->autoip->llipaddr, &ethzero,
 246     &netif->autoip->llipaddr, ARP_REQUEST);
 247 }
 248
 249 /**
 250  * Configure interface for use with current LL IP-Address
 251  *
 252  * @param netif network interface to configure with current LL IP-Address
 253  */
 254 static err_t
 255 autoip_bind(struct netif *netif)
 256 {
 257   struct autoip *autoip = netif->autoip;
 258   ip_addr_t sn_mask, gw_addr;
 259
 260   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 261     ("autoip_bind(netif=%p) %c%c%"U16_F" %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 262     (void*)netif, netif->name[0], netif->name[1], (u16_t)netif->num,
 263     ip4_addr1_16(&autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&autoip->llipaddr),
 264     ip4_addr3_16(&autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&autoip->llipaddr)));
 265
 266   IP4_ADDR(&sn_mask, 255, 255, 0, 0);
 267   IP4_ADDR(&gw_addr, 0, 0, 0, 0);
 268
 269   netif_set_ipaddr(netif, &autoip->llipaddr);
 270   netif_set_netmask(netif, &sn_mask);
 271   netif_set_gw(netif, &gw_addr);
 272
 273   /* bring the interface up */
 274   netif_set_up(netif);
 275
 276   return ERR_OK;
 277 }
 278
 279 /**
 280  * Start AutoIP client
 281  *
 282  * @param netif network interface on which start the AutoIP client
 283  */
 284 err_t
 285 autoip_start(struct netif *netif)
 286 {
 287   struct autoip *autoip = netif->autoip;
 288   err_t result = ERR_OK;
 289
 290   if (netif_is_up(netif)) {
 291     netif_set_down(netif);
 292   }
 293
 294   /* Set IP-Address, Netmask and Gateway to 0 to make sure that
 295    * ARP Packets are formed correctly
 296    */
 297   ip_addr_set_zero(&netif->ip_addr);
 298   ip_addr_set_zero(&netif->netmask);
 299   ip_addr_set_zero(&netif->gw);
 300
 301   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 302     ("autoip_start(netif=%p) %c%c%"U16_F"\n", (void*)netif, netif->name[0],
 303     netif->name[1], (u16_t)netif->num));
 304   if (autoip == NULL) {
 305     /* no AutoIP client attached yet? */
 306     LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 307       ("autoip_start(): starting new AUTOIP client\n"));
 308     autoip = (struct autoip *)mem_malloc(sizeof(struct autoip));
 309     if (autoip == NULL) {
 310       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 311         ("autoip_start(): could not allocate autoip\n"));
 312       return ERR_MEM;
 313     }
 314     memset(autoip, 0, sizeof(struct autoip));
 315     /* store this AutoIP client in the netif */
 316     netif->autoip = autoip;
 317     LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE, ("autoip_start(): allocated autoip"));
 318   } else {
 319     autoip->state = AUTOIP_STATE_OFF;
 320     autoip->ttw = 0;
 321     autoip->sent_num = 0;
 322     ip_addr_set_zero(&autoip->llipaddr);
 323     autoip->lastconflict = 0;
 324   }
 325
 326   autoip_create_addr(netif, &(autoip->llipaddr));
 327   autoip_start_probing(netif);
 328
 329   return result;
 330 }
 331
 332 static void
 333 autoip_start_probing(struct netif *netif)
 334 {
 335   struct autoip *autoip = netif->autoip;
 336
 337   autoip->state = AUTOIP_STATE_PROBING;
 338   autoip->sent_num = 0;
 339   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 340      ("autoip_start_probing(): changing state to PROBING: %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 341       ip4_addr1_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&netif->autoip->llipaddr),
 342       ip4_addr3_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&netif->autoip->llipaddr)));
 343
 344   /* time to wait to first probe, this is randomly
 345    * choosen out of 0 to PROBE_WAIT seconds.
 346    * compliant to RFC 3927 Section 2.2.1
 347    */
 348   autoip->ttw = (u16_t)(LWIP_AUTOIP_RAND(netif) % (PROBE_WAIT * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND));
 349
 350   /*
 351    * if we tried more then MAX_CONFLICTS we must limit our rate for
 352    * accquiring and probing address
 353    * compliant to RFC 3927 Section 2.2.1
 354    */
 355   if (autoip->tried_llipaddr > MAX_CONFLICTS) {
 356     autoip->ttw = RATE_LIMIT_INTERVAL * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 357   }
 358 }
 359
 360 /**
 361  * Handle a possible change in the network configuration.
 362  *
 363  * If there is an AutoIP address configured, take the interface down
 364  * and begin probing with the same address.
 365  */
 366 void
 367 autoip_network_changed(struct netif *netif)
 368 {
 369   if (netif->autoip && netif->autoip->state != AUTOIP_STATE_OFF) {
 370     netif_set_down(netif);
 371     autoip_start_probing(netif);
 372   }
 373 }
 374
 375 /**
 376  * Stop AutoIP client
 377  *
 378  * @param netif network interface on which stop the AutoIP client
 379  */
 380 err_t
 381 autoip_stop(struct netif *netif)
 382 {
 383   netif->autoip->state = AUTOIP_STATE_OFF;
 384   netif_set_down(netif);
 385   return ERR_OK;
 386 }
 387
 388 /**
 389  * Has to be called in loop every AUTOIP_TMR_INTERVAL milliseconds
 390  */
 391 void
 392 autoip_tmr()
 393 {
 394   struct netif *netif = netif_list;
 395   /* loop through netif's */
 396   while (netif != NULL) {
 397     /* only act on AutoIP configured interfaces */
 398     if (netif->autoip != NULL) {
 399       if (netif->autoip->lastconflict > 0) {
 400         netif->autoip->lastconflict--;
 401       }
 402
 403       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 404         ("autoip_tmr() AutoIP-State: %"U16_F", ttw=%"U16_F"\n",
 405         (u16_t)(netif->autoip->state), netif->autoip->ttw));
 406
 407       switch(netif->autoip->state) {
 408         case AUTOIP_STATE_PROBING:
 409           if (netif->autoip->ttw > 0) {
 410             netif->autoip->ttw--;
 411           } else {
 412             if (netif->autoip->sent_num >= PROBE_NUM) {
 413               netif->autoip->state = AUTOIP_STATE_ANNOUNCING;
 414               netif->autoip->sent_num = 0;
 415               netif->autoip->ttw = ANNOUNCE_WAIT * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 416               LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 417                  ("autoip_tmr(): changing state to ANNOUNCING: %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 418                   ip4_addr1_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&netif->autoip->llipaddr),
 419                   ip4_addr3_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&netif->autoip->llipaddr)));
 420             } else {
 421               autoip_arp_probe(netif);
 422               LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 423                 ("autoip_tmr() PROBING Sent Probe\n"));
 424               netif->autoip->sent_num++;
 425               /* calculate time to wait to next probe */
 426               netif->autoip->ttw = (u16_t)((LWIP_AUTOIP_RAND(netif) %
 427                 ((PROBE_MAX - PROBE_MIN) * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND) ) +
 428                 PROBE_MIN * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND);
 429             }
 430           }
 431           break;
 432
 433         case AUTOIP_STATE_ANNOUNCING:
 434           if (netif->autoip->ttw > 0) {
 435             netif->autoip->ttw--;
 436           } else {
 437             if (netif->autoip->sent_num == 0) {
 438              /* We are here the first time, so we waited ANNOUNCE_WAIT seconds
 439               * Now we can bind to an IP address and use it.
 440               *
 441               * autoip_bind calls netif_set_up. This triggers a gratuitous ARP
 442               * which counts as an announcement.
 443               */
 444               autoip_bind(netif);
 445             } else {
 446               autoip_arp_announce(netif);
 447               LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 448                 ("autoip_tmr() ANNOUNCING Sent Announce\n"));
 449             }
 450             netif->autoip->ttw = ANNOUNCE_INTERVAL * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 451             netif->autoip->sent_num++;
 452
 453             if (netif->autoip->sent_num >= ANNOUNCE_NUM) {
 454                 netif->autoip->state = AUTOIP_STATE_BOUND;
 455                 netif->autoip->sent_num = 0;
 456                 netif->autoip->ttw = 0;
 457                  LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 458                     ("autoip_tmr(): changing state to BOUND: %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 459                      ip4_addr1_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&netif->autoip->llipaddr),
 460                      ip4_addr3_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&netif->autoip->llipaddr)));
 461             }
 462           }
 463           break;
 464       }
 465     }
 466     /* proceed to next network interface */
 467     netif = netif->next;
 468   }
 469 }
 470
 471 /**
 472  * Handles every incoming ARP Packet, called by etharp_arp_input.
 473  *
 474  * @param netif network interface to use for autoip processing
 475  * @param hdr Incoming ARP packet
 476  */
 477 void
 478 autoip_arp_reply(struct netif *netif, struct etharp_hdr *hdr)
 479 {
 480   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE, ("autoip_arp_reply()\n"));
 481   if ((netif->autoip != NULL) && (netif->autoip->state != AUTOIP_STATE_OFF)) {
 482    /* when ip.src == llipaddr && hw.src != netif->hwaddr
 483     *
 484     * when probing  ip.dst == llipaddr && hw.src != netif->hwaddr
 485     * we have a conflict and must solve it
 486     */
 487     ip_addr_t sipaddr, dipaddr;
 488     struct eth_addr netifaddr;
 489     ETHADDR16_COPY(netifaddr.addr, netif->hwaddr);
 490
 491     /* Copy struct ip_addr2 to aligned ip_addr, to support compilers without
 492      * structure packing (not using structure copy which breaks strict-aliasing rules).
 493      */
 494     IPADDR2_COPY(&sipaddr, &hdr->sipaddr);
 495     IPADDR2_COPY(&dipaddr, &hdr->dipaddr);
 496
 497     if ((netif->autoip->state == AUTOIP_STATE_PROBING) ||
 498         ((netif->autoip->state == AUTOIP_STATE_ANNOUNCING) &&
 499          (netif->autoip->sent_num == 0))) {
 500      /* RFC 3927 Section 2.2.1:
 501       * from beginning to after ANNOUNCE_WAIT
 502       * seconds we have a conflict if
 503       * ip.src == llipaddr OR
 504       * ip.dst == llipaddr && hw.src != own hwaddr
 505       */
 506       if ((ip_addr_cmp(&sipaddr, &netif->autoip->llipaddr)) ||
 507           (ip_addr_cmp(&dipaddr, &netif->autoip->llipaddr) &&
 508            !eth_addr_cmp(&netifaddr, &hdr->shwaddr))) {
 509         LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE | LWIP_DBG_LEVEL_WARNING,
 510           ("autoip_arp_reply(): Probe Conflict detected\n"));
 511         autoip_restart(netif);
 512       }
 513     } else {
 514      /* RFC 3927 Section 2.5:
 515       * in any state we have a conflict if
 516       * ip.src == llipaddr && hw.src != own hwaddr
 517       */
 518       if (ip_addr_cmp(&sipaddr, &netif->autoip->llipaddr) &&
 519           !eth_addr_cmp(&netifaddr, &hdr->shwaddr)) {
 520         LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE | LWIP_DBG_LEVEL_WARNING,
 521           ("autoip_arp_reply(): Conflicting ARP-Packet detected\n"));
 522         autoip_handle_arp_conflict(netif);
 523       }
 524     }
 525   }
 526 }
 527
 528 #endif /* LWIP_AUTOIP */