_ Git - flowspec-xdp/blob - xdp.c

   1 #include <stdint.h>
   2 #include <endian.h>
   3 #include <linux/if_ether.h>
   4 #include <linux/ip.h>
   5 #include <linux/udp.h>
   6 #include <linux/icmp.h>
   7 #include <linux/icmpv6.h>
   8 #include <arpa/inet.h>
   9
  10 #include "siphash.h"
  11
  12 /* IP flags. */
  13 #define IP_CE           0x8000          /* Flag: "Congestion"           */
  14 #define IP_DF           0x4000          /* Flag: "Don't Fragment"       */
  15 #define IP_MF           0x2000          /* Flag: "More Fragments"       */
  16 #define IP_OFFSET       0x1FFF          /* "Fragment Offset" part       */
  17
  18 #define IP_PROTO_TCP 6
  19 #define IP_PROTO_UDP 17
  20 #define IP_PROTO_ICMP 1
  21 #define IP6_PROTO_ICMPV6 58
  22 #define IP6_PROTO_FRAG 44
  23
  24 typedef __uint128_t uint128_t;
  25
  26 // Our own ipv6hdr that uses uint128_t
  27 struct ip6hdr {
  28 #if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
  29         __u8    priority:4,
  30                 version:4;
  31 #elif defined(__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
  32         __u8    version:4,
  33                 priority:4;
  34 #else
  35 #error  "Please fix <asm/byteorder.h>"
  36 #endif
  37         __u8    flow_lbl[3];
  38
  39         __be16  payload_len;
  40         __u8            nexthdr;
  41         __u8            hop_limit;
  42
  43         uint128_t       saddr;
  44         uint128_t       daddr;
  45 } __attribute__((packed));
  46
  47 #define IP6_MF 1
  48 #define IP6_FRAGOFF 0xfff8
  49 struct ip6_fraghdr {
  50         uint8_t nexthdr;
  51         uint8_t _reserved;
  52         uint16_t frag_off; // BE low 3 bits flags, last is "more frags"
  53         uint32_t id;
  54 } __attribute__((packed));
  55
  56 // Our own ethhdr with optional vlan tags
  57 struct ethhdr_vlan {
  58         unsigned char   h_dest[ETH_ALEN];       /* destination eth addr */
  59         unsigned char   h_source[ETH_ALEN];     /* source ether addr    */
  60         __be16          vlan_magic;             /* 0x8100 */
  61         __be16          tci;            /* PCP (3 bits), DEI (1 bit), and VLAN (12 bits) */
  62         __be16          h_proto;                /* packet type ID field */
  63 } __attribute__((packed));
  64
  65 // Our own tcphdr without the flags blown up
  66 struct tcphdr {
  67         __be16  source;
  68         __be16  dest;
  69         __be32  seq;
  70         __be32  ack_seq;
  71         __u16   flags;
  72         __be16  window;
  73         __sum16 check;
  74         __be16  urg_ptr;
  75 } __attribute__((packed));
  76
  77 // Note that all operations on uint128s *stay* in Network byte order!
  78
  79 #if defined(__LITTLE_ENDIAN)
  80 #define BIGEND32(v) (((((uint32_t)(v)) >> 3*8) & 0xff) | \
  81                      ((((uint32_t)(v)) >> 1*8) & 0xff00) | \
  82                      ((((uint32_t)(v)) << 1*8) & 0xff0000) | \
  83                      ((((uint32_t)(v)) << 3*8) & 0xff000000))
  84 #elif defined(__BIG_ENDIAN)
  85 #define BIGEND32(v) ((uint32_t)(v))
  86 #else
  87 #error "Need endian info"
  88 #endif
  89
  90 #if defined(__LITTLE_ENDIAN)
  91 #define BIGEND128(a, b, c, d) ( \
  92                 (((uint128_t)BIGEND32(d)) << 3*32) | \
  93                 (((uint128_t)BIGEND32(c)) << 2*32) | \
  94                 (((uint128_t)BIGEND32(b)) << 1*32) | \
  95                 (((uint128_t)BIGEND32(a)) << 0*32))
  96 #define HTON128(a) BIGEND128(a >> 3*32, a >> 2*32, a >> 1*32, a>> 0*32)
  97 // Yes, somehow macro'ing this changes LLVM's view of htons...
  98 #define BE16(a) (((((uint16_t)a) & 0xff00) >> 8) | ((((uint16_t)a) & 0xff) << 8))
  99 #elif defined(__BIG_ENDIAN)
 100 #define BIGEND128(a, b, c, d) ((((uint128_t)(a)) << 3*32) | (((uint128_t)(b)) << 2*32) | (((uint128_t)(c)) << 1*32) | (((uint128_t)(d)) << 0*32))
 101 #define HTON128(a) ((uint128_t)(a))
 102 #define BE16(a) ((uint16_t)(a))
 103 #else
 104 #error "Need endian info"
 105 #endif
 106
 107 #define MASK4(pfxlen) BIGEND32(~((((uint32_t)1) << (32 - pfxlen)) - 1))
 108 #define MASK6(pfxlen) HTON128(~((((uint128_t)1) << (128 - pfxlen)) - 1))
 109 #define MASK6_OFFS(offs, pfxlen) HTON128((~((((uint128_t)1) << (128 - pfxlen)) - 1)) & ((((uint128_t)1) << (128 - offs)) - 1))
 110
 111 // PARSE is used as a preprocessor flag to indicate parsing fields
 112 #define PARSE 42
 113 #include "rules.h"
 114
 115 #define unlikely(a) __builtin_expect(a, 0)
 116 #define likely(a) __builtin_expect(a, 1)
 117
 118 static const uint32_t PKT_LEN_DROP = 0;
 119 static const uint32_t VLAN_DROP = 1;
 120 static const uint32_t IHL_DROP = 2;
 121 static const uint32_t V6FRAG_DROP = 3;
 122 #define STATIC_RULE_CNT 4
 123
 124 #define DO_RETURN(reason, ret) {\
 125                 if (ret == XDP_DROP) { INCREMENT_MATCH(reason); } \
 126                 return ret; \
 127         }
 128
 129 // It seems (based on drop counts) that data_end points to the last byte, not one-past-the-end.
 130 // This feels strange, but some documentation suggests > here as well, so we stick with that.
 131 #define CHECK_LEN(start, struc) \
 132         if (unlikely((void*)(start) + sizeof(struct struc) > data_end)) DO_RETURN(PKT_LEN_DROP, XDP_DROP);
 133
 134 #ifdef TEST
 135 // 64 bit version of xdp_md for testing
 136 struct xdp_md {
 137         __u64 data;
 138         __u64 data_end;
 139         __u64 data_meta;
 140         /* Below access go through struct xdp_rxq_info */
 141         __u64 ingress_ifindex; /* rxq->dev->ifindex */
 142         __u64 rx_queue_index;  /* rxq->queue_index  */
 143
 144         __u64 egress_ifindex;  /* txq->dev->ifindex */
 145 };
 146 static const int XDP_PASS = 0;
 147 static const int XDP_DROP = 1;
 148
 149 static long drop_cnt_map[RULECNT + STATIC_RULE_CNT];
 150 #define INCREMENT_MATCH(reason) { drop_cnt_map[reason] += 1; drop_cnt_map[reason] += data_end - pktdata; }
 151
 152 #else /* TEST */
 153 #include <linux/bpf.h>
 154 #include <bpf/bpf_helpers.h>
 155
 156 struct match_counter {
 157         uint64_t bytes;
 158         uint64_t packets;
 159 };
 160 struct {
 161         __uint(type, BPF_MAP_TYPE_PERCPU_ARRAY);
 162         __uint(max_entries, RULECNT + STATIC_RULE_CNT);
 163         __u32 *key;
 164         struct match_counter *value;
 165 } drop_cnt_map SEC(".maps");
 166
 167 #define INCREMENT_MATCH(reason) { \
 168         struct match_counter *value = bpf_map_lookup_elem(&drop_cnt_map, &reason); \
 169         if (value) { \
 170                 value->bytes += data_end - pktdata; \
 171                 value->packets += 1; \
 172         } \
 173 }
 174
 175 #ifdef RATE_CNT
 176 struct ratelimit {
 177         struct bpf_spin_lock lock;
 178         int64_t sent_rate;
 179         int64_t sent_time;
 180 };
 181 struct {
 182         __uint(type, BPF_MAP_TYPE_ARRAY);
 183         __uint(max_entries, RATE_CNT);
 184         __u32 *key;
 185         struct ratelimit *value;
 186 } rate_map SEC(".maps");
 187 #endif /* RATE_CNT */
 188
 189 // We implement a rather naive hashtable here instead of using a BPF map because
 190 // (a) the BPF map hashtables are similarly naive (no rehashing, etc),
 191 // (b) the BPF map LRU hashtables don't support locking.
 192 //
 193 // We first separate into a few top-level buckets with per-bucket locks, limiting
 194 // us to 2^SRC_HASH_MAX_PARALLELISM parallel accessors.
 195 //
 196 // Then we build an array of MAX_ENTRIES/2**SRC_HASH_MAX_PARALLELISM_POW entries,
 197 // which are split into buckets of size SRC_HASH_BUCKET_COUNT. An entry can appear
 198 // in any of the SRC_HASH_BUCKET_COUNT buckets at it's hash value.
 199 #define SRC_HASH_MAX_PARALLELISM_POW 7
 200 #define SRC_HASH_MAX_PARALLELISM (1 << SRC_HASH_MAX_PARALLELISM_POW)
 201 #define SRC_HASH_BUCKET_COUNT_POW 3
 202 #define SRC_HASH_BUCKET_COUNT (1 << SRC_HASH_BUCKET_COUNT_POW)
 203
 204 #include "rand.h"
 205
 206 #define CREATE_PERSRC_LOOKUP(IPV, IP_TYPE) \
 207 struct persrc_rate##IPV##_entry { \
 208         int64_t sent_rate; \
 209         int64_t sent_time; \
 210         IP_TYPE srcip; \
 211 }; \
 212  \
 213 struct persrc_rate##IPV##_bucket { \
 214         struct bpf_spin_lock lock; \
 215         struct persrc_rate##IPV##_entry entries[]; \
 216 }; \
 217  \
 218 struct persrc_rate##IPV##_ptr { \
 219         struct persrc_rate##IPV##_entry *rate; \
 220         struct bpf_spin_lock *lock; \
 221 }; \
 222  \
 223 __attribute__((always_inline)) \
 224 static inline struct persrc_rate##IPV##_ptr get_v##IPV##_persrc_ratelimit(IP_TYPE key, void *map, size_t map_limit) { \
 225         struct persrc_rate##IPV##_ptr res = { .rate = NULL, .lock = NULL }; \
 226         uint64_t hash = siphash(&key, sizeof(key), COMPILE_TIME_RAND); \
 227  \
 228         const uint32_t map_key = hash % SRC_HASH_MAX_PARALLELISM; \
 229         struct persrc_rate##IPV##_bucket *buckets = bpf_map_lookup_elem(map, &map_key); \
 230         if (!buckets) return res; \
 231  \
 232         hash >>= SRC_HASH_MAX_PARALLELISM_POW; \
 233         map_limit >>= SRC_HASH_MAX_PARALLELISM_POW; \
 234  \
 235         struct persrc_rate##IPV##_entry *first_bucket = &buckets->entries[(hash % map_limit) & (~(SRC_HASH_BUCKET_COUNT - 1))]; \
 236         bpf_spin_lock(&buckets->lock); \
 237  \
 238         int min_sent_idx = 0; \
 239         int64_t min_sent_time = INT64_MAX; \
 240         for (int i = 0; i < SRC_HASH_BUCKET_COUNT; i++) { \
 241                 if (first_bucket[i].srcip == key) { \
 242                         res.rate = &first_bucket[i]; \
 243                         res.lock = &buckets->lock; \
 244                         return res; \
 245                 } else if (min_sent_time > first_bucket[i].sent_time) { \
 246                         min_sent_time = first_bucket[i].sent_time; \
 247                         min_sent_idx = i; \
 248                 } \
 249         } \
 250         res.rate = &first_bucket[min_sent_idx]; \
 251         res.rate->srcip = key; \
 252         res.rate->sent_rate = 0; \
 253         res.rate->sent_time = 0; \
 254         res.lock = &buckets->lock; \
 255         return res; \
 256 }
 257
 258 CREATE_PERSRC_LOOKUP(6, uint128_t)
 259 CREATE_PERSRC_LOOKUP(4, uint32_t)
 260
 261 #define SRC_RATE_DEFINE(IPV, n, limit) \
 262 struct persrc_rate##IPV##_bucket_##n { \
 263         struct bpf_spin_lock lock; \
 264         struct persrc_rate##IPV##_entry entries[limit / SRC_HASH_MAX_PARALLELISM]; \
 265 }; \
 266 struct { \
 267         __uint(type, BPF_MAP_TYPE_ARRAY); \
 268         __uint(max_entries, SRC_HASH_MAX_PARALLELISM); \
 269         uint32_t *key; \
 270         struct persrc_rate##IPV##_bucket_##n *value; \
 271 } v##IPV##_src_rate_##n SEC(".maps");
 272
 273 #include "maps.h"
 274
 275 #ifndef HAVE_WRAPPER // Set this to call xdp_drop externally
 276 SEC("xdp_drop")
 277 #endif /* HAVE_WRAPPER */
 278 #endif /* not TEST */
 279 int xdp_drop_prog(struct xdp_md *ctx)
 280 {
 281         const void *const data_end = (void *)(size_t)ctx->data_end;
 282
 283         const void * pktdata;
 284         unsigned short eth_proto;
 285
 286         {
 287                 // DO_RETURN in CHECK_LEN relies on pktdata being set to calculate packet length.
 288                 // That said, we don't want to overflow, so just set packet length to 0 here.
 289                 pktdata = data_end;
 290                 CHECK_LEN((size_t)ctx->data, ethhdr);
 291                 const struct ethhdr *const eth = (void*)(size_t)ctx->data;
 292                 pktdata = (const void *)(long)ctx->data + sizeof(struct ethhdr);
 293
 294 #if PARSE_8021Q == PARSE
 295                 if (likely(eth->h_proto == BE16(ETH_P_8021Q))) {
 296                         CHECK_LEN((size_t)ctx->data, ethhdr_vlan);
 297                         const struct ethhdr_vlan *const eth_vlan = (void*)(size_t)ctx->data;
 298                         pktdata = (const void *)(long)ctx->data + sizeof(struct ethhdr_vlan);
 299 #ifdef REQ_8021Q
 300                         if (unlikely((eth_vlan->tci & BE16(0xfff)) != BE16(REQ_8021Q)))
 301                                 DO_RETURN(VLAN_DROP, XDP_DROP);
 302 #endif
 303                         eth_proto = eth_vlan->h_proto;
 304 #else
 305                 if (unlikely(eth->h_proto == BE16(ETH_P_8021Q))) {
 306                         pktdata = (const void *)(long)ctx->data + sizeof(struct ethhdr_vlan);
 307                         DO_RETURN(VLAN_DROP, PARSE_8021Q);
 308 #endif
 309                 } else {
 310 #ifdef REQ_8021Q
 311                         DO_RETURN(VLAN_DROP, XDP_DROP);
 312 #else
 313                         eth_proto = eth->h_proto;
 314 #endif
 315                 }
 316         }
 317
 318         const void *l4hdr = NULL;
 319         const struct tcphdr *tcp = NULL;
 320         int32_t sport = -1, dport = -1; // Host Endian! Only valid with tcp || udp
 321
 322 #ifdef NEED_V4_PARSE
 323         if (eth_proto == BE16(ETH_P_IP)) {
 324                 CHECK_LEN(pktdata, iphdr);
 325                 struct iphdr *ip = (struct iphdr*) pktdata;
 326
 327 #if PARSE_IHL == PARSE
 328                 if (unlikely(ip->ihl < 5)) DO_RETURN(IHL_DROP, XDP_DROP);
 329                 l4hdr = pktdata + ip->ihl * 4;
 330 #else
 331                 if (ip->ihl != 5) DO_RETURN(IHL_DROP, PARSE_IHL);
 332                 l4hdr = pktdata + 5*4;
 333 #endif
 334
 335                 const struct icmphdr *icmp = NULL;
 336                 if ((ip->frag_off & BE16(IP_OFFSET)) == 0) {
 337                         if (ip->protocol == IP_PROTO_TCP) {
 338                                 CHECK_LEN(l4hdr, tcphdr);
 339                                 tcp = (struct tcphdr*) l4hdr;
 340                                 sport = BE16(tcp->source);
 341                                 dport = BE16(tcp->dest);
 342                         } else if (ip->protocol == IP_PROTO_UDP) {
 343                                 CHECK_LEN(l4hdr, udphdr);
 344                                 const struct udphdr *udp = (struct udphdr*) l4hdr;
 345                                 sport = BE16(udp->source);
 346                                 dport = BE16(udp->dest);
 347                         } else if (ip->protocol == IP_PROTO_ICMP) {
 348                                 CHECK_LEN(l4hdr, icmphdr);
 349                                 icmp = (struct icmphdr*) l4hdr;
 350                         }
 351                 }
 352
 353                 RULES4
 354         }
 355 #endif
 356 #ifdef NEED_V6_PARSE
 357         if (eth_proto == BE16(ETH_P_IPV6)) {
 358                 CHECK_LEN(pktdata, ip6hdr);
 359                 struct ip6hdr *ip6 = (struct ip6hdr*) pktdata;
 360
 361                 l4hdr = pktdata + 40;
 362
 363                 uint8_t v6nexthdr = ip6->nexthdr;
 364                 const struct ip6_fraghdr *frag6 = NULL;
 365 #ifdef PARSE_V6_FRAG
 366 #if PARSE_V6_FRAG == PARSE
 367                 if (ip6->nexthdr == IP6_PROTO_FRAG) {
 368                         CHECK_LEN(l4hdr, ip6_fraghdr);
 369                         frag6 = (struct ip6_fraghdr*) l4hdr;
 370                         l4hdr = l4hdr + sizeof(struct ip6_fraghdr);
 371                         v6nexthdr = frag6->nexthdr;
 372 #else
 373                 if (unlikely(ip6->nexthdr == IP6_PROTO_FRAG)) {
 374                         DO_RETURN(V6FRAG_DROP, PARSE_V6_FRAG);
 375 #endif
 376                 }
 377 #endif
 378                 // TODO: Handle more options?
 379
 380                 const struct icmp6hdr *icmpv6 = NULL;
 381                 if (frag6 == NULL || (frag6->frag_off & BE16(IP6_FRAGOFF)) == 0) {
 382                         if (v6nexthdr == IP_PROTO_TCP) {
 383                                 CHECK_LEN(l4hdr, tcphdr);
 384                                 tcp = (struct tcphdr*) l4hdr;
 385                                 sport = BE16(tcp->source);
 386                                 dport = BE16(tcp->dest);
 387                         } else if (v6nexthdr == IP_PROTO_UDP) {
 388                                 CHECK_LEN(l4hdr, udphdr);
 389                                 const struct udphdr *udp = (struct udphdr*) l4hdr;
 390                                 sport = BE16(udp->source);
 391                                 dport = BE16(udp->dest);
 392                         } else if (v6nexthdr == IP6_PROTO_ICMPV6) {
 393                                 CHECK_LEN(l4hdr, icmp6hdr);
 394                                 icmpv6 = (struct icmp6hdr*) l4hdr;
 395                         }
 396                 }
 397
 398                 RULES6
 399         }
 400 #endif
 401
 402         return XDP_PASS;
 403 }
 404
 405 #ifdef TEST
 406 #include <assert.h>
 407 #include <string.h>
 408
 409 char d[] = TEST;
 410 int main() {
 411         struct xdp_md test = {
 412                 .data = (uint64_t)d,
 413                 // -1 because sizeof includes a trailing null in the "string"
 414                 .data_end = (uint64_t)(d + sizeof(d) - 1),
 415         };
 416         assert(xdp_drop_prog(&test) == TEST_EXP);
 417 }
 418 #endif