git.sur5r.net Git - freertos/blob - FreeRTOS/Demo/Common/ethernet/lwip-1.4.0/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 /** Restart AutoIP client and check the next address (conflict detected)
 154  *
 155  * @param netif The netif under AutoIP control
 156  */
 157 static void
 158 autoip_restart(struct netif *netif)
 159 {
 160   netif->autoip->tried_llipaddr++;
 161   autoip_start(netif);
 162 }
 163
 164 /**
 165  * Handle a IP address conflict after an ARP conflict detection
 166  */
 167 static void
 168 autoip_handle_arp_conflict(struct netif *netif)
 169 {
 170   /* Somehow detect if we are defending or retreating */
 171   unsigned char defend = 1; /* tbd */
 172
 173   if(defend) {
 174     if(netif->autoip->lastconflict > 0) {
 175       /* retreat, there was a conflicting ARP in the last
 176        * DEFEND_INTERVAL seconds
 177        */
 178       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 179         ("autoip_handle_arp_conflict(): we are defending, but in DEFEND_INTERVAL, retreating\n"));
 180
 181       /* TODO: close all TCP sessions */
 182       autoip_restart(netif);
 183     } else {
 184       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 185         ("autoip_handle_arp_conflict(): we are defend, send ARP Announce\n"));
 186       autoip_arp_announce(netif);
 187       netif->autoip->lastconflict = DEFEND_INTERVAL * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 188     }
 189   } else {
 190     LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 191       ("autoip_handle_arp_conflict(): we do not defend, retreating\n"));
 192     /* TODO: close all TCP sessions */
 193     autoip_restart(netif);
 194   }
 195 }
 196
 197 /**
 198  * Create an IP-Address out of range 169.254.1.0 to 169.254.254.255
 199  *
 200  * @param netif network interface on which create the IP-Address
 201  * @param ipaddr ip address to initialize
 202  */
 203 static void
 204 autoip_create_addr(struct netif *netif, ip_addr_t *ipaddr)
 205 {
 206   /* Here we create an IP-Address out of range 169.254.1.0 to 169.254.254.255
 207    * compliant to RFC 3927 Section 2.1
 208    * We have 254 * 256 possibilities */
 209
 210   u32_t addr = ntohl(LWIP_AUTOIP_CREATE_SEED_ADDR(netif));
 211   addr += netif->autoip->tried_llipaddr;
 212   addr = AUTOIP_NET | (addr & 0xffff);
 213   /* Now, 169.254.0.0 <= addr <= 169.254.255.255 */
 214
 215   if (addr < AUTOIP_RANGE_START) {
 216     addr += AUTOIP_RANGE_END - AUTOIP_RANGE_START + 1;
 217   }
 218   if (addr > AUTOIP_RANGE_END) {
 219     addr -= AUTOIP_RANGE_END - AUTOIP_RANGE_START + 1;
 220   }
 221   LWIP_ASSERT("AUTOIP address not in range", (addr >= AUTOIP_RANGE_START) &&
 222     (addr <= AUTOIP_RANGE_END));
 223   ip4_addr_set_u32(ipaddr, htonl(addr));
 224
 225   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 226     ("autoip_create_addr(): tried_llipaddr=%"U16_F", %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 227     (u16_t)(netif->autoip->tried_llipaddr), ip4_addr1_16(ipaddr), ip4_addr2_16(ipaddr),
 228     ip4_addr3_16(ipaddr), ip4_addr4_16(ipaddr)));
 229 }
 230
 231 /**
 232  * Sends an ARP probe from a network interface
 233  *
 234  * @param netif network interface used to send the probe
 235  */
 236 static err_t
 237 autoip_arp_probe(struct netif *netif)
 238 {
 239   return etharp_raw(netif, (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &ethbroadcast,
 240     (struct eth_addr *)netif->hwaddr, IP_ADDR_ANY, &ethzero,
 241     &netif->autoip->llipaddr, ARP_REQUEST);
 242 }
 243
 244 /**
 245  * Sends an ARP announce from a network interface
 246  *
 247  * @param netif network interface used to send the announce
 248  */
 249 static err_t
 250 autoip_arp_announce(struct netif *netif)
 251 {
 252   return etharp_raw(netif, (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &ethbroadcast,
 253     (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &netif->autoip->llipaddr, &ethzero,
 254     &netif->autoip->llipaddr, ARP_REQUEST);
 255 }
 256
 257 /**
 258  * Configure interface for use with current LL IP-Address
 259  *
 260  * @param netif network interface to configure with current LL IP-Address
 261  */
 262 static err_t
 263 autoip_bind(struct netif *netif)
 264 {
 265   struct autoip *autoip = netif->autoip;
 266   ip_addr_t sn_mask, gw_addr;
 267
 268   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 269     ("autoip_bind(netif=%p) %c%c%"U16_F" %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 270     (void*)netif, netif->name[0], netif->name[1], (u16_t)netif->num,
 271     ip4_addr1_16(&autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&autoip->llipaddr),
 272     ip4_addr3_16(&autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&autoip->llipaddr)));
 273
 274   IP4_ADDR(&sn_mask, 255, 255, 0, 0);
 275   IP4_ADDR(&gw_addr, 0, 0, 0, 0);
 276
 277   netif_set_ipaddr(netif, &autoip->llipaddr);
 278   netif_set_netmask(netif, &sn_mask);
 279   netif_set_gw(netif, &gw_addr);
 280
 281   /* bring the interface up */
 282   netif_set_up(netif);
 283
 284   return ERR_OK;
 285 }
 286
 287 /**
 288  * Start AutoIP client
 289  *
 290  * @param netif network interface on which start the AutoIP client
 291  */
 292 err_t
 293 autoip_start(struct netif *netif)
 294 {
 295   struct autoip *autoip = netif->autoip;
 296   err_t result = ERR_OK;
 297
 298   if(netif_is_up(netif)) {
 299     netif_set_down(netif);
 300   }
 301
 302   /* Set IP-Address, Netmask and Gateway to 0 to make sure that
 303    * ARP Packets are formed correctly
 304    */
 305   ip_addr_set_zero(&netif->ip_addr);
 306   ip_addr_set_zero(&netif->netmask);
 307   ip_addr_set_zero(&netif->gw);
 308
 309   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 310     ("autoip_start(netif=%p) %c%c%"U16_F"\n", (void*)netif, netif->name[0],
 311     netif->name[1], (u16_t)netif->num));
 312   if(autoip == NULL) {
 313     /* no AutoIP client attached yet? */
 314     LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 315       ("autoip_start(): starting new AUTOIP client\n"));
 316     autoip = (struct autoip *)mem_malloc(sizeof(struct autoip));
 317     if(autoip == NULL) {
 318       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 319         ("autoip_start(): could not allocate autoip\n"));
 320       return ERR_MEM;
 321     }
 322     memset(autoip, 0, sizeof(struct autoip));
 323     /* store this AutoIP client in the netif */
 324     netif->autoip = autoip;
 325     LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE, ("autoip_start(): allocated autoip"));
 326   } else {
 327     autoip->state = AUTOIP_STATE_OFF;
 328     autoip->ttw = 0;
 329     autoip->sent_num = 0;
 330     ip_addr_set_zero(&autoip->llipaddr);
 331     autoip->lastconflict = 0;
 332   }
 333
 334   autoip_create_addr(netif, &(autoip->llipaddr));
 335   autoip_start_probing(netif);
 336
 337   return result;
 338 }
 339
 340 static void
 341 autoip_start_probing(struct netif *netif)
 342 {
 343   struct autoip *autoip = netif->autoip;
 344
 345   autoip->state = AUTOIP_STATE_PROBING;
 346   autoip->sent_num = 0;
 347   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 348      ("autoip_start_probing(): changing state to PROBING: %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 349       ip4_addr1_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&netif->autoip->llipaddr),
 350       ip4_addr3_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&netif->autoip->llipaddr)));
 351
 352   /* time to wait to first probe, this is randomly
 353    * choosen out of 0 to PROBE_WAIT seconds.
 354    * compliant to RFC 3927 Section 2.2.1
 355    */
 356   autoip->ttw = (u16_t)(LWIP_AUTOIP_RAND(netif) % (PROBE_WAIT * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND));
 357
 358   /*
 359    * if we tried more then MAX_CONFLICTS we must limit our rate for
 360    * accquiring and probing address
 361    * compliant to RFC 3927 Section 2.2.1
 362    */
 363   if(autoip->tried_llipaddr > MAX_CONFLICTS) {
 364     autoip->ttw = RATE_LIMIT_INTERVAL * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 365   }
 366 }
 367
 368 /**
 369  * Handle a possible change in the network configuration.
 370  *
 371  * If there is an AutoIP address configured, take the interface down
 372  * and begin probing with the same address.
 373  */
 374 void
 375 autoip_network_changed(struct netif *netif)
 376 {
 377   if (netif->autoip && netif->autoip->state != AUTOIP_STATE_OFF) {
 378     netif_set_down(netif);
 379     autoip_start_probing(netif);
 380   }
 381 }
 382
 383 /**
 384  * Stop AutoIP client
 385  *
 386  * @param netif network interface on which stop the AutoIP client
 387  */
 388 err_t
 389 autoip_stop(struct netif *netif)
 390 {
 391   netif->autoip->state = AUTOIP_STATE_OFF;
 392   netif_set_down(netif);
 393   return ERR_OK;
 394 }
 395
 396 /**
 397  * Has to be called in loop every AUTOIP_TMR_INTERVAL milliseconds
 398  */
 399 void
 400 autoip_tmr()
 401 {
 402   struct netif *netif = netif_list;
 403   /* loop through netif's */
 404   while (netif != NULL) {
 405     /* only act on AutoIP configured interfaces */
 406     if (netif->autoip != NULL) {
 407       if(netif->autoip->lastconflict > 0) {
 408         netif->autoip->lastconflict--;
 409       }
 410
 411       LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 412         ("autoip_tmr() AutoIP-State: %"U16_F", ttw=%"U16_F"\n",
 413         (u16_t)(netif->autoip->state), netif->autoip->ttw));
 414
 415       switch(netif->autoip->state) {
 416         case AUTOIP_STATE_PROBING:
 417           if(netif->autoip->ttw > 0) {
 418             netif->autoip->ttw--;
 419           } else {
 420             if(netif->autoip->sent_num >= PROBE_NUM) {
 421               netif->autoip->state = AUTOIP_STATE_ANNOUNCING;
 422               netif->autoip->sent_num = 0;
 423               netif->autoip->ttw = ANNOUNCE_WAIT * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 424               LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 425                  ("autoip_tmr(): changing state to ANNOUNCING: %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 426                   ip4_addr1_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&netif->autoip->llipaddr),
 427                   ip4_addr3_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&netif->autoip->llipaddr)));
 428             } else {
 429               autoip_arp_probe(netif);
 430               LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 431                 ("autoip_tmr() PROBING Sent Probe\n"));
 432               netif->autoip->sent_num++;
 433               /* calculate time to wait to next probe */
 434               netif->autoip->ttw = (u16_t)((LWIP_AUTOIP_RAND(netif) %
 435                 ((PROBE_MAX - PROBE_MIN) * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND) ) +
 436                 PROBE_MIN * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND);
 437             }
 438           }
 439           break;
 440
 441         case AUTOIP_STATE_ANNOUNCING:
 442           if(netif->autoip->ttw > 0) {
 443             netif->autoip->ttw--;
 444           } else {
 445             if(netif->autoip->sent_num == 0) {
 446              /* We are here the first time, so we waited ANNOUNCE_WAIT seconds
 447               * Now we can bind to an IP address and use it.
 448               *
 449               * autoip_bind calls netif_set_up. This triggers a gratuitous ARP
 450               * which counts as an announcement.
 451               */
 452               autoip_bind(netif);
 453             } else {
 454               autoip_arp_announce(netif);
 455               LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE,
 456                 ("autoip_tmr() ANNOUNCING Sent Announce\n"));
 457             }
 458             netif->autoip->ttw = ANNOUNCE_INTERVAL * AUTOIP_TICKS_PER_SECOND;
 459             netif->autoip->sent_num++;
 460
 461             if(netif->autoip->sent_num >= ANNOUNCE_NUM) {
 462                 netif->autoip->state = AUTOIP_STATE_BOUND;
 463                 netif->autoip->sent_num = 0;
 464                 netif->autoip->ttw = 0;
 465                  LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
 466                     ("autoip_tmr(): changing state to BOUND: %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F"\n",
 467                      ip4_addr1_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr2_16(&netif->autoip->llipaddr),
 468                      ip4_addr3_16(&netif->autoip->llipaddr), ip4_addr4_16(&netif->autoip->llipaddr)));
 469             }
 470           }
 471           break;
 472       }
 473     }
 474     /* proceed to next network interface */
 475     netif = netif->next;
 476   }
 477 }
 478
 479 /**
 480  * Handles every incoming ARP Packet, called by etharp_arp_input.
 481  *
 482  * @param netif network interface to use for autoip processing
 483  * @param hdr Incoming ARP packet
 484  */
 485 void
 486 autoip_arp_reply(struct netif *netif, struct etharp_hdr *hdr)
 487 {
 488   LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE, ("autoip_arp_reply()\n"));
 489   if ((netif->autoip != NULL) && (netif->autoip->state != AUTOIP_STATE_OFF)) {
 490    /* when ip.src == llipaddr && hw.src != netif->hwaddr
 491     *
 492     * when probing  ip.dst == llipaddr && hw.src != netif->hwaddr
 493     * we have a conflict and must solve it
 494     */
 495     ip_addr_t sipaddr, dipaddr;
 496     struct eth_addr netifaddr;
 497     ETHADDR16_COPY(netifaddr.addr, netif->hwaddr);
 498
 499     /* Copy struct ip_addr2 to aligned ip_addr, to support compilers without
 500      * structure packing (not using structure copy which breaks strict-aliasing rules).
 501      */
 502     IPADDR2_COPY(&sipaddr, &hdr->sipaddr);
 503     IPADDR2_COPY(&dipaddr, &hdr->dipaddr);
 504
 505     if ((netif->autoip->state == AUTOIP_STATE_PROBING) ||
 506         ((netif->autoip->state == AUTOIP_STATE_ANNOUNCING) &&
 507          (netif->autoip->sent_num == 0))) {
 508      /* RFC 3927 Section 2.2.1:
 509       * from beginning to after ANNOUNCE_WAIT
 510       * seconds we have a conflict if
 511       * ip.src == llipaddr OR
 512       * ip.dst == llipaddr && hw.src != own hwaddr
 513       */
 514       if ((ip_addr_cmp(&sipaddr, &netif->autoip->llipaddr)) ||
 515           (ip_addr_cmp(&dipaddr, &netif->autoip->llipaddr) &&
 516            !eth_addr_cmp(&netifaddr, &hdr->shwaddr))) {
 517         LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE | LWIP_DBG_LEVEL_WARNING,
 518           ("autoip_arp_reply(): Probe Conflict detected\n"));
 519         autoip_restart(netif);
 520       }
 521     } else {
 522      /* RFC 3927 Section 2.5:
 523       * in any state we have a conflict if
 524       * ip.src == llipaddr && hw.src != own hwaddr
 525       */
 526       if (ip_addr_cmp(&sipaddr, &netif->autoip->llipaddr) &&
 527           !eth_addr_cmp(&netifaddr, &hdr->shwaddr)) {
 528         LWIP_DEBUGF(AUTOIP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE | LWIP_DBG_LEVEL_WARNING,
 529           ("autoip_arp_reply(): Conflicting ARP-Packet detected\n"));
 530         autoip_handle_arp_conflict(netif);
 531       }
 532     }
 533   }
 534 }
 535
 536 #endif /* LWIP_AUTOIP */