chiark - git - mdw - tripe/blob - pathmtu/pathmtu.c

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * Report MTU on path to specified host
   4  *
   5  * (c) 2008 Straylight/Edgeware
   6  */
   7
   8 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
   9  *
  10  * This file is part of Trivial IP Encryption (TrIPE).
  11  *
  12  * TrIPE is free software: you can redistribute it and/or modify it under
  13  * the terms of the GNU General Public License as published by the Free
  14  * Software Foundation; either version 3 of the License, or (at your
  15  * option) any later version.
  16  *
  17  * TrIPE is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  18  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  19  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
  20  * for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  23  * along with TrIPE.  If not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.
  24  */
  25
  26 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
  27
  28 #include "config.h"
  29
  30 #include <assert.h>
  31 #include <errno.h>
  32 #include <stddef.h>
  33 #include <stdio.h>
  34 #include <stdlib.h>
  35 #include <string.h>
  36 #include <time.h>
  37
  38 #include <sys/types.h>
  39 #include <sys/time.h>
  40 #include <unistd.h>
  41
  42 #include <sys/socket.h>
  43 #include <netinet/in.h>
  44 #include <arpa/inet.h>
  45 #include <netdb.h>
  46
  47 #include <netinet/in_systm.h>
  48 #include <netinet/ip.h>
  49 #include <netinet/ip_icmp.h>
  50 #include <netinet/ip6.h>
  51 #include <netinet/icmp6.h>
  52 #include <netinet/udp.h>
  53
  54 #include <net/if.h>
  55 #include <ifaddrs.h>
  56 #include <sys/ioctl.h>
  57
  58 #include <mLib/alloc.h>
  59 #include <mLib/bits.h>
  60 #include <mLib/dstr.h>
  61 #include <mLib/hex.h>
  62 #include <mLib/mdwopt.h>
  63 #include <mLib/quis.h>
  64 #include <mLib/report.h>
  65 #include <mLib/tv.h>
  66
  67 /*----- Static variables --------------------------------------------------*/
  68
  69 static unsigned char buf[65536];
  70
  71 #define POLY 0x1002d
  72
  73 /*----- Utility functions -------------------------------------------------*/
  74
  75 /* Step a value according to a simple LFSR. */
  76 #define STEP(q)                                                         \
  77   do (q) = ((q) & 0x8000) ? ((q) << 1) ^ POLY : ((q) << 1); while (0)
  78
  79 /* Fill buffer with a constant but pseudorandom string.  Uses a simple
  80  * LFSR.
  81  */
  82 static void fillbuffer(unsigned char *p, size_t sz)
  83 {
  84   unsigned int y = 0xbc20;
  85   const unsigned char *l = p + sz;
  86   int i;
  87
  88   while (p < l) {
  89     *p++ = y & 0xff;
  90     for (i = 0; i < 8; i++) STEP(y);
  91   }
  92 }
  93
  94 /* Convert a string to floating point. */
  95 static double s2f(const char *s, const char *what)
  96 {
  97   double f;
  98   char *q;
  99
 100   errno = 0;
 101   f = strtod(s, &q);
 102   if (errno || *q) die(EXIT_FAILURE, "bad %s", what);
 103   return (f);
 104 }
 105
 106 /* Convert a floating-point value into a struct timeval. */
 107 static void f2tv(struct timeval *tv, double t)
 108   { tv->tv_sec = t; tv->tv_usec = (t - tv->tv_sec)*MILLION; }
 109
 110 union addr {
 111   struct sockaddr sa;
 112   struct sockaddr_in sin;
 113   struct sockaddr_in6 sin6;
 114 };
 115
 116 /* Check whether an address family is even slightly supported. */
 117 static int addrfamok(int af)
 118 {
 119   switch (af) {
 120     case AF_INET: case AF_INET6: return (1);
 121     default: return (0);
 122   }
 123 }
 124
 125 /* Return the size of a socket address. */
 126 static size_t addrsz(const union addr *a)
 127 {
 128   switch (a->sa.sa_family) {
 129     case AF_INET: return (sizeof(a->sin));
 130     case AF_INET6: return (sizeof(a->sin6));
 131     default: abort();
 132   }
 133 }
 134
 135 /* Compare two addresses.  Maybe compare the port numbers too. */
 136 #define AEF_PORT 1u
 137 static int addreq(const union addr *a, const union addr *b, unsigned f)
 138 {
 139   switch (a->sa.sa_family) {
 140     case AF_INET:
 141       return (a->sin.sin_addr.s_addr == b->sin.sin_addr.s_addr &&
 142               (!(f&AEF_PORT) || a->sin.sin_port == b->sin.sin_port));
 143     case AF_INET6:
 144       return (!memcmp(a->sin6.sin6_addr.s6_addr,
 145                       b->sin6.sin6_addr.s6_addr, 16) &&
 146               (!(f&AEF_PORT) || a->sin6.sin6_port == b->sin6.sin6_port));
 147     default:
 148       abort();
 149   }
 150 }
 151
 152 /*----- Main algorithm skeleton -------------------------------------------*/
 153
 154 struct param {
 155   unsigned f;                           /* Various flags */
 156 #define F_VERBOSE 1u                    /*   Give a running commentary */
 157   double retx;                          /* Initial retransmit interval */
 158   double regr;                          /* Retransmit growth factor */
 159   double timeout;                       /* Retransmission timeout */
 160   int seqoff;                           /* Offset to write sequence number */
 161   const struct probe_ops *pops;         /* Probe algorithm description */
 162   union addr a;                         /* Destination address */
 163 };
 164
 165 struct probestate {
 166   const struct param *pp;
 167   unsigned q;
 168 };
 169
 170 struct probe_ops {
 171   const char *name;
 172   const struct probe_ops *next;
 173   size_t statesz;
 174   int (*setup)(void *, int, const struct param *);
 175   void (*finish)(void *);
 176   void (*selprep)(void *, int *, fd_set *);
 177   int (*xmit)(void *, int);
 178   int (*selproc)(void *, fd_set *, struct probestate *);
 179 };
 180
 181 #define OPS_CHAIN 0
 182
 183 enum {
 184   RC_FAIL = -99,
 185   RC_OK = 0,
 186   RC_LOWER = -1,
 187   RC_HIGHER = -2,
 188   RC_NOREPLY = -3
 189   /* or a positive MTU upper-bound */
 190 };
 191
 192 /* Add a file descriptor FD to the set `fd_in', updating `*maxfd'. */
 193 #define ADDFD(fd) \
 194   do { FD_SET(fd, fd_in); if (*maxfd < fd) *maxfd = fd; } while (0)
 195
 196 /* Check whether a buffer contains a packet from our current probe. */
 197 static int mypacketp(struct probestate *ps,
 198                      const unsigned char *p, size_t sz)
 199 {
 200   const struct param *pp = ps->pp;
 201
 202   return (sz >= pp->seqoff + 2 && LOAD16(p + pp->seqoff) == ps->q);
 203 }
 204
 205 /* See whether MTU is an acceptable MTU value.  Return an appropriate
 206  * RC_... code or a new suggested MTU.
 207  */
 208 static int probe(struct probestate *ps, void *st, int mtu)
 209 {
 210   const struct param *pp = ps->pp;
 211   fd_set fd_in;
 212   struct timeval tv, now, when, done;
 213   double timer = pp->retx;
 214   int rc, maxfd;
 215
 216   /* Set up the first retransmit and give-up timers. */
 217   gettimeofday(&now, 0);
 218   f2tv(&tv, pp->timeout); TV_ADD(&done, &now, &tv);
 219   f2tv(&tv, timer); TV_ADD(&when, &now, &tv);
 220   if (TV_CMP(&when, >, &done)) when = done;
 221
 222   /* Send the initial probe. */
 223   if (pp->f & F_VERBOSE)
 224     moan("sending probe of size %d (seq = %04x)", mtu, ps->q);
 225   STEP(ps->q);
 226   STORE16(buf + pp->seqoff, ps->q);
 227   if ((rc = pp->pops->xmit(st, mtu)) != RC_OK) return (rc);
 228
 229   for (;;) {
 230
 231     /* Wait for something interesting to happen. */
 232     maxfd = 0; FD_ZERO(&fd_in);
 233     pp->pops->selprep(st, &maxfd, &fd_in);
 234     TV_SUB(&tv, &when, &now);
 235     if (select(maxfd + 1, &fd_in, 0, 0, &tv) < 0) return (RC_FAIL);
 236     gettimeofday(&now, 0);
 237
 238     /* See whether the probe method has any answers for us. */
 239     if ((rc = pp->pops->selproc(st, &fd_in, ps)) != RC_OK) return (rc);
 240
 241     /* If we've waited too long, give up.  If we should retransmit, do
 242      * that.
 243      */
 244     if (TV_CMP(&now, >, &done))
 245       return (RC_NOREPLY);
 246     else if (TV_CMP(&now, >, &when)) {
 247       if (pp->f & F_VERBOSE) moan("re-sending probe of size %d", mtu);
 248       if ((rc = pp->pops->xmit(st, mtu)) != RC_OK) return (rc);
 249       do {
 250         timer *= pp->regr; f2tv(&tv, timer); TV_ADD(&when, &when, &tv);
 251       } while (TV_CMP(&when, <, &now));
 252       if (TV_CMP(&when, >, &done)) when = done;
 253     }
 254   }
 255 }
 256
 257 /* Discover the path MTU to the destination address. */
 258 static int pathmtu(const struct param *pp)
 259 {
 260   int sk;
 261   int mtu, lo, hi;
 262   int rc, droppy = -1;
 263   void *st;
 264   struct probestate ps;
 265
 266   /* Build and connect a UDP socket.  We'll need this to know the local port
 267    * number to use if nothing else.  Set other stuff up.
 268    */
 269   if ((sk = socket(pp->a.sa.sa_family, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)) < 0)
 270     goto fail_0;
 271   if (connect(sk, &pp->a.sa, addrsz(&pp->a))) goto fail_1;
 272   st = xmalloc(pp->pops->statesz);
 273   if ((mtu = pp->pops->setup(st, sk, pp)) < 0) goto fail_2;
 274   ps.pp = pp; ps.q = rand() & 0xffff;
 275   switch (pp->a.sa.sa_family) {
 276     case AF_INET: lo = 576; break;
 277     case AF_INET6: lo = 1280; break;
 278     default: abort();
 279   }
 280   hi = mtu;
 281   if (hi < lo) { errno = EMSGSIZE; return (-1); }
 282
 283   /* And now we do a thing which is sort of like a binary search, except that
 284    * we also take explicit clues as establishing a new upper bound, and we
 285    * try to hug that initially.
 286    */
 287   for (;;) {
 288     assert(lo <= mtu && mtu <= hi);
 289     if (pp->f & F_VERBOSE) moan("probe: %d <= %d <= %d", lo, mtu, hi);
 290     rc = probe(&ps, st, mtu);
 291     switch (rc) {
 292
 293       case RC_FAIL:
 294         if (pp->f & F_VERBOSE) moan("probe failed");
 295         goto fail_3;
 296
 297       case RC_NOREPLY:
 298         /* If we've not seen a dropped packet before then we don't know what
 299          * this means yet -- in particular, we don't know which bit of the
 300          * network is swallowing packets.  Send a minimum-size probe.  If
 301          * that doesn't come back then assume that the remote host is
 302          * swallowing our packets.  If it does, then we assume that dropped
 303          * packets are a result of ICMP fragmentation-needed reports being
 304          * lost or suppressed.
 305          */
 306         if (pp->f & F_VERBOSE) moan("gave up: black hole detected");
 307         if (droppy == -1) {
 308           if (pp->f & F_VERBOSE) moan("sending minimum-size probe");
 309           switch (probe(&ps, st, lo)) {
 310             case RC_FAIL:
 311               goto fail_3;
 312             case RC_NOREPLY:
 313               if (pp->f & F_VERBOSE) {
 314                 moan("no reply from min-size probe: "
 315                      "assume black hole at target");
 316               }
 317               droppy = 1;
 318               break;
 319             case RC_HIGHER:
 320               if (pp->f & F_VERBOSE) {
 321                 moan("reply from min-size probe OK: "
 322                      "assume black hole in network");
 323               }
 324               droppy = 0;
 325               break;
 326             default:
 327               if (pp->f & F_VERBOSE)
 328                 moan("unexpected return code from probe");
 329               errno = ENOTCONN;
 330               goto fail_3;
 331           }
 332         }
 333
 334         if (droppy) goto higher; else goto lower;
 335
 336       case RC_HIGHER:
 337       higher:
 338         if (droppy == -1) {
 339           if (pp->f & F_VERBOSE)
 340             moan("probe returned: remote host is not a black hole");
 341           droppy = 0;
 342         }
 343         if (mtu == hi) {
 344           if (pp->f & F_VERBOSE) moan("probe returned: found correct MTU");
 345           goto done;
 346         }
 347         lo = mtu;
 348
 349         /* Now we must make a new guess, between lo and hi.  We know that lo
 350          * is good; but we're not so sure about hi here.  We know that hi >
 351          * lo, so this will find an approximate midpoint, greater than lo and
 352          * no more than hi.
 353          */
 354         if (pp->f & F_VERBOSE) moan("probe returned: guessing higher");
 355         mtu += (hi - lo + 1)/2;
 356         break;
 357
 358       case RC_LOWER:
 359       lower:
 360         /* If this didn't work, and we're already at the bottom of our
 361          * possible range, then something has gone horribly wrong.
 362          */
 363         assert(lo < mtu);
 364         hi = mtu - 1;
 365         if (lo == hi) {
 366           if (pp->f & F_VERBOSE) moan("error returned: found correct MTU");
 367           mtu = lo;
 368           goto done;
 369         }
 370
 371         /* We must make a new guess, between lo and hi.  We're probably
 372          * fairly sure that lo will succeed, since either it's the minimum
 373          * MTU or we've tested it already; but we're not quite sure about hi,
 374          * so we want to aim high.
 375          */
 376         if (pp->f & F_VERBOSE) moan("error returned: guessing lower");
 377         mtu -= (hi - lo + 1)/2;
 378         break;
 379
 380       default:
 381         if (pp->f & F_VERBOSE) moan("error returned with new MTU estimate");
 382         mtu = hi = rc;
 383         break;
 384     }
 385   }
 386
 387 done:
 388   /* Clean up and return our result. */
 389   pp->pops->finish(st);
 390   xfree(st);
 391   close(sk);
 392   return (mtu);
 393
 394 fail_3:
 395   pp->pops->finish(st);
 396 fail_2:
 397   xfree(st);
 398 fail_1:
 399   close(sk);
 400 fail_0:
 401   return (-1);
 402 }
 403
 404 /*----- Doing it the hard way ---------------------------------------------*/
 405
 406 #if defined(linux) || defined(__OpenBSD__)
 407 #define IPHDR_SANE
 408 #endif
 409
 410 #ifdef IPHDR_SANE
 411 #  define sane_htons htons
 412 #  define sane_htonl htonl
 413 #else
 414 #  define sane_htons
 415 #  define sane_htonl
 416 #endif
 417
 418 static int rawicmp = -1, rawudp = -1, rawerr = 0;
 419 static int rawicmp6 = -1, rawudp6 = -1, rawerr6 = 0;
 420
 421 #define IPCK_INIT 0xffff
 422
 423 /* Compute an IP checksum over some data.  This is a restartable interface:
 424  * initialize A to `IPCK_INIT' for the first call.
 425  */
 426 static unsigned ipcksum(const void *buf, size_t n, unsigned a)
 427 {
 428   unsigned long aa = a ^ 0xffff;
 429   const unsigned char *p = buf, *l = p + n;
 430
 431   while (p < l - 1) { aa += LOAD16_B(p); p += 2; }
 432   if (p < l) { aa += (unsigned)(*p) << 8; }
 433   do aa = (aa & 0xffff) + (aa >> 16); while (aa >= 0x10000);
 434   return (aa == 0xffff ? aa : aa ^ 0xffff);
 435 }
 436
 437 /* TCP/UDP pseudoheader structure. */
 438 struct phdr {
 439   struct in_addr ph_src, ph_dst;
 440   uint8_t ph_z, ph_p;
 441   uint16_t ph_len;
 442 };
 443 struct phdr6 {
 444   struct in6_addr ph6_src, ph6_dst;
 445   uint32_t ph6_len;
 446   uint8_t ph6_z0, ph6_z1, ph6_z2, ph6_nxt;
 447 };
 448
 449 struct raw_state {
 450   union addr me, a;
 451   int sk, rawicmp, rawudp;
 452   uint16_t srcport, dstport;
 453   unsigned q;
 454 };
 455
 456 static int raw_setup(void *stv, int sk, const struct param *pp)
 457 {
 458   struct raw_state *st = stv;
 459   socklen_t sz;
 460   int i, mtu = -1;
 461   struct ifaddrs *ifa, *ifaa, *ifap;
 462   struct ifreq ifr;
 463   struct icmp6_filter f6;
 464
 465   /* Check that the address is OK, and that we have the necessary raw
 466    * sockets.
 467    *
 468    * For IPv6, also set the filter so we don't get too many useless wakeups.
 469    */
 470   switch (pp->a.sa.sa_family) {
 471     case AF_INET:
 472       if (rawerr) { errno = rawerr; goto fail_0; }
 473       st->rawicmp = rawicmp; st->rawudp = rawudp; st->sk = sk;
 474       /* IPv4 filtering is available on Linux but isn't portable. */
 475       break;
 476     case AF_INET6:
 477       if (rawerr6) { errno = rawerr6; goto fail_0; }
 478       st->rawicmp = rawicmp6; st->rawudp = rawudp6; st->sk = sk;
 479       ICMP6_FILTER_SETBLOCKALL(&f6);
 480       ICMP6_FILTER_SETPASS(ICMP6_PACKET_TOO_BIG, &f6);
 481       ICMP6_FILTER_SETPASS(ICMP6_DST_UNREACH, &f6);
 482       if (setsockopt(st->rawicmp, IPPROTO_ICMPV6, ICMP6_FILTER,
 483                      &f6, sizeof(f6))) {
 484         die(EXIT_FAILURE, "failed to set icmpv6 filter: %s",
 485             strerror(errno));
 486       }
 487       break;
 488     default:
 489       errno = EPFNOSUPPORT; goto fail_0;
 490   }
 491
 492   /* Initialize the sequence number. */
 493   st->q = rand() & 0xffff;
 494
 495   /* Snaffle the local and remote address and port number. */
 496   st->a = pp->a;
 497   sz = sizeof(st->me);
 498   if (getsockname(sk, &st->me.sa, &sz))
 499     goto fail_0;
 500
 501   /* Only now do some fiddling because Linux doesn't like port numbers in
 502    * IPv6 raw destination addresses...
 503    */
 504   switch (pp->a.sa.sa_family) {
 505     case AF_INET:
 506       st->srcport = st->me.sin.sin_port; st->me.sin.sin_port = 0;
 507       st->dstport =  st->a.sin.sin_port;  st->a.sin.sin_port = 0;
 508       break;
 509     case AF_INET6:
 510       st->srcport = st->me.sin6.sin6_port; st->me.sin6.sin6_port = 0;
 511       st->dstport =  st->a.sin6.sin6_port;  st->a.sin6.sin6_port = 0;
 512       break;
 513     default:
 514       abort();
 515   }
 516
 517   /* There isn't a portable way to force the DF flag onto a packet through
 518    * UDP, or even through raw IP, unless we write the entire IP header
 519    * ourselves.  This is somewhat annoying, especially since we have an
 520    * uphill struggle keeping track of which systems randomly expect which
 521    * header fields to be presented in host byte order.  Oh, well.
 522    */
 523   i = 1;
 524   if (setsockopt(rawudp, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &i, sizeof(i))) goto fail_0;
 525
 526   /* Find an upper bound on the MTU.  Do two passes over the interface
 527    * list.  If we can find matches for our local address then use the
 528    * highest one of those; otherwise do a second pass and simply take the
 529    * highest MTU of any network interface.
 530    */
 531   if (getifaddrs(&ifaa)) goto fail_0;
 532   for (i = 0; i < 2; i++) {
 533     for (ifap = 0, ifa = ifaa; ifa; ifa = ifa->ifa_next) {
 534       if (!(ifa->ifa_flags & IFF_UP) || !ifa->ifa_addr ||
 535           ifa->ifa_addr->sa_family != st->me.sa.sa_family ||
 536           (i == 0 &&
 537            !addreq((union addr *)ifa->ifa_addr, &st->me, 0)) ||
 538           (i == 1 && ifap && strcmp(ifap->ifa_name, ifa->ifa_name) == 0) ||
 539           strlen(ifa->ifa_name) >= sizeof(ifr.ifr_name))
 540         continue;
 541       ifap = ifa;
 542       strcpy(ifr.ifr_name, ifa->ifa_name);
 543       if (ioctl(sk, SIOCGIFMTU, &ifr)) goto fail_1;
 544       if (mtu < ifr.ifr_mtu) mtu = ifr.ifr_mtu;
 545     }
 546     if (mtu > 0) break;
 547   }
 548   if (mtu < 0) { errno = ENOTCONN; goto fail_1; }
 549   freeifaddrs(ifaa);
 550
 551   /* Done. */
 552   return (mtu);
 553
 554 fail_1:
 555   freeifaddrs(ifaa);
 556 fail_0:
 557   return (-1);
 558 }
 559
 560 static void raw_finish(void *stv) { ; }
 561
 562 static void raw_selprep(void *stv, int *maxfd, fd_set *fd_in)
 563   { struct raw_state *st = stv; ADDFD(st->sk); ADDFD(st->rawicmp); }
 564
 565 static int raw_xmit(void *stv, int mtu)
 566 {
 567   struct raw_state *st = stv;
 568   unsigned char b[65536], *p;
 569   struct ip *ip;
 570   struct ip6_hdr *ip6;
 571   struct udphdr *udp;
 572   struct phdr ph;
 573   struct phdr6 ph6;
 574   unsigned ck;
 575
 576   switch (st->a.sa.sa_family) {
 577
 578     case AF_INET:
 579
 580       /* Build the IP header. */
 581       ip = (struct ip *)b;
 582       ip->ip_v = 4;
 583       ip->ip_hl = sizeof(*ip)/4;
 584       ip->ip_tos = IPTOS_RELIABILITY;
 585       ip->ip_len = sane_htons(mtu);
 586       STEP(st->q); ip->ip_id = htons(st->q);
 587       ip->ip_off = sane_htons(0 | IP_DF);
 588       ip->ip_ttl = 64;
 589       ip->ip_p = IPPROTO_UDP;
 590       ip->ip_sum = 0;
 591       ip->ip_src = st->me.sin.sin_addr;
 592       ip->ip_dst = st->a.sin.sin_addr;
 593
 594       /* Build a UDP packet in the output buffer. */
 595       udp = (struct udphdr *)(ip + 1);
 596       udp->uh_sport = st->srcport;
 597       udp->uh_dport = st->dstport;
 598       udp->uh_ulen = htons(mtu - sizeof(*ip));
 599       udp->uh_sum = 0;
 600
 601       /* Copy the payload. */
 602       p = (unsigned char *)(udp + 1);
 603       memcpy(p, buf, mtu - (p - b));
 604
 605       /* Calculate the UDP checksum. */
 606       ph.ph_src = ip->ip_src;
 607       ph.ph_dst = ip->ip_dst;
 608       ph.ph_z = 0;
 609       ph.ph_p = IPPROTO_UDP;
 610       ph.ph_len = udp->uh_ulen;
 611       ck = IPCK_INIT;
 612       ck = ipcksum(&ph, sizeof(ph), ck);
 613       ck = ipcksum(udp, mtu - sizeof(*ip), ck);
 614       udp->uh_sum = htons(ck);
 615
 616       break;
 617
 618     case AF_INET6:
 619
 620       /* Build the IP header. */
 621       ip6 = (struct ip6_hdr *)b;
 622       STEP(st->q); ip6->ip6_flow = htonl(0x60000000 | st->q);
 623       ip6->ip6_plen = htons(mtu - sizeof(*ip6));
 624       ip6->ip6_nxt = IPPROTO_UDP;
 625       ip6->ip6_hlim = 64;
 626       ip6->ip6_src = st->me.sin6.sin6_addr;
 627       ip6->ip6_dst = st->a.sin6.sin6_addr;
 628
 629       /* Build a UDP packet in the output buffer. */
 630       udp = (struct udphdr *)(ip6 + 1);
 631       udp->uh_sport = st->srcport;
 632       udp->uh_dport = st->dstport;
 633       udp->uh_ulen = htons(mtu - sizeof(*ip6));
 634       udp->uh_sum = 0;
 635
 636       /* Copy the payload. */
 637       p = (unsigned char *)(udp + 1);
 638       memcpy(p, buf, mtu - (p - b));
 639
 640       /* Calculate the UDP checksum. */
 641       ph6.ph6_src = ip6->ip6_src;
 642       ph6.ph6_dst = ip6->ip6_dst;
 643       ph6.ph6_len = udp->uh_ulen;
 644       ph6.ph6_z0 = ph6.ph6_z1 = ph6.ph6_z2 = 0;
 645       ph6.ph6_nxt = IPPROTO_UDP;
 646       ck = IPCK_INIT;
 647       ck = ipcksum(&ph6, sizeof(ph6), ck);
 648       ck = ipcksum(udp, mtu - sizeof(*ip6), ck);
 649       udp->uh_sum = htons(ck);
 650
 651       break;
 652
 653     default:
 654       abort();
 655   }
 656
 657   /* Send the whole thing off.  If we're too big for the interface then we
 658    * might need to trim immediately.
 659    */
 660   if (sendto(st->rawudp, b, mtu, 0, &st->a.sa, addrsz(&st->a)) < 0) {
 661     if (errno == EMSGSIZE) return (RC_LOWER);
 662     else goto fail_0;
 663   }
 664
 665   /* Done. */
 666   return (RC_OK);
 667
 668 fail_0:
 669   return (RC_FAIL);
 670 }
 671
 672 static int raw_selproc(void *stv, fd_set *fd_in, struct probestate *ps)
 673 {
 674   struct raw_state *st = stv;
 675   unsigned char b[65536];
 676   struct ip *ip;
 677   struct ip6_hdr *ip6;
 678   struct icmp *icmp;
 679   struct icmp6_hdr *icmp6;
 680   struct udphdr *udp;
 681   const unsigned char *payload;
 682   ssize_t n;
 683
 684   /* An ICMP packet: see what's inside. */
 685   if (FD_ISSET(st->rawicmp, fd_in)) {
 686     if ((n = read(st->rawicmp, b, sizeof(b))) < 0) goto fail_0;
 687
 688     switch (st->me.sa.sa_family) {
 689
 690       case AF_INET:
 691
 692         ip = (struct ip *)b;
 693         if (n < sizeof(*ip) || n < sizeof(4*ip->ip_hl) ||
 694             ip->ip_v != 4 || ip->ip_p != IPPROTO_ICMP)
 695           goto skip_icmp;
 696         n -= sizeof(4*ip->ip_hl);
 697
 698         icmp = (struct icmp *)(b + 4*ip->ip_hl);
 699         if (n < sizeof(*icmp) || icmp->icmp_type != ICMP_UNREACH)
 700           goto skip_icmp;
 701         n -= offsetof(struct icmp, icmp_ip);
 702
 703         ip = &icmp->icmp_ip;
 704         if (n < sizeof(*ip) ||
 705             ip->ip_p != IPPROTO_UDP || ip->ip_hl != sizeof(*ip)/4 ||
 706             ip->ip_id != htons(st->q) ||
 707             ip->ip_src.s_addr != st->me.sin.sin_addr.s_addr ||
 708             ip->ip_dst.s_addr != st->a.sin.sin_addr.s_addr)
 709           goto skip_icmp;
 710         n -= sizeof(*ip);
 711
 712         udp = (struct udphdr *)(ip + 1);
 713         if (n < sizeof(*udp) || udp->uh_sport != st->srcport ||
 714             udp->uh_dport != st->dstport)
 715           goto skip_icmp;
 716         n -= sizeof(*udp);
 717
 718         payload = (const unsigned char *)(udp + 1);
 719         if (!mypacketp(ps, payload, n)) goto skip_icmp;
 720
 721         if (icmp->icmp_code == ICMP_UNREACH_PORT) return (RC_HIGHER);
 722         else if (icmp->icmp_code != ICMP_UNREACH_NEEDFRAG) goto skip_icmp;
 723         else if (icmp->icmp_nextmtu) return (htons(icmp->icmp_nextmtu));
 724         else return (RC_LOWER);
 725
 726         break;
 727
 728       case AF_INET6:
 729         icmp6 = (struct icmp6_hdr *)b;
 730         if (n < sizeof(*icmp6) ||
 731             (icmp6->icmp6_type != ICMP6_PACKET_TOO_BIG &&
 732              icmp6->icmp6_type != ICMP6_DST_UNREACH))
 733           goto skip_icmp;
 734         n -= sizeof(*icmp6);
 735
 736         ip6 = (struct ip6_hdr *)(icmp6 + 1);
 737         if (n < sizeof(*ip6) || ip6->ip6_nxt != IPPROTO_UDP ||
 738             memcmp(ip6->ip6_src.s6_addr,
 739                    st->me.sin6.sin6_addr.s6_addr, 16) ||
 740             memcmp(ip6->ip6_dst.s6_addr,
 741                    st->a.sin6.sin6_addr.s6_addr, 16) ||
 742             (ntohl(ip6->ip6_flow)&0xffff) != st->q)
 743           goto skip_icmp;
 744         n -= sizeof(*ip6);
 745
 746         udp = (struct udphdr *)(ip6 + 1);
 747         if (n < sizeof(*udp) || udp->uh_sport != st->srcport ||
 748             udp->uh_dport != st->dstport)
 749           goto skip_icmp;
 750         n -= sizeof(*udp);
 751
 752         payload = (const unsigned char *)(udp + 1);
 753         if (!mypacketp(ps, payload, n)) goto skip_icmp;
 754
 755         if (icmp6->icmp6_type == ICMP6_PACKET_TOO_BIG)
 756           return (ntohs(icmp6->icmp6_mtu));
 757         else switch (icmp6->icmp6_code) {
 758             case ICMP6_DST_UNREACH_ADMIN:
 759             case ICMP6_DST_UNREACH_NOPORT:
 760               return (RC_HIGHER);
 761             default:
 762               goto skip_icmp;
 763           }
 764         break;
 765
 766       default:
 767         abort();
 768     }
 769   }
 770
 771 skip_icmp:;
 772
 773   /* If we got a reply to the current probe then we're good.  If we got an
 774    * error, or the packet's sequence number is wrong, then ignore it.
 775    */
 776   if (FD_ISSET(st->sk, fd_in)) {
 777     if ((n = read(st->sk, b, sizeof(b))) < 0) return (RC_OK);
 778     else if (mypacketp(ps, b, n)) return (RC_HIGHER);
 779     else return (RC_OK);
 780   }
 781
 782   return (RC_OK);
 783
 784 fail_0:
 785   return (RC_FAIL);
 786 }
 787
 788 static const struct probe_ops raw_ops = {
 789   "raw", OPS_CHAIN, sizeof(struct raw_state),
 790   raw_setup, raw_finish,
 791   raw_selprep, raw_xmit, raw_selproc
 792 };
 793
 794 #undef OPS_CHAIN
 795 #define OPS_CHAIN &raw_ops
 796
 797 /*----- Doing the job on Linux --------------------------------------------*/
 798
 799 #if defined(linux)
 800
 801 #ifndef IP_MTU
 802 #  define IP_MTU 14                     /* Blech! */
 803 #endif
 804
 805 struct linux_state {
 806   int sol, so_mtu_discover, so_mtu;
 807   int sk;
 808   size_t hdrlen;
 809 };
 810
 811 static int linux_setup(void *stv, int sk, const struct param *pp)
 812 {
 813   struct linux_state *st = stv;
 814   int i, mtu;
 815   socklen_t sz;
 816
 817   /* Check that the address is OK. */
 818   switch (pp->a.sa.sa_family) {
 819     case AF_INET:
 820       st->sol = IPPROTO_IP;
 821       st->so_mtu_discover = IP_MTU_DISCOVER;
 822       st->so_mtu = IP_MTU;
 823       st->hdrlen = 28;
 824       break;
 825     case AF_INET6:
 826       st->sol = IPPROTO_IPV6;
 827       st->so_mtu_discover = IPV6_MTU_DISCOVER;
 828       st->so_mtu = IPV6_MTU;
 829       st->hdrlen = 48;
 830       break;
 831     default:
 832       errno = EPFNOSUPPORT;
 833       return (-1);
 834   }
 835
 836   /* Snaffle the UDP socket. */
 837   st->sk = sk;
 838
 839   /* Turn on kernel path-MTU discovery and force DF on. */
 840   i = IP_PMTUDISC_PROBE;
 841   if (setsockopt(st->sk, st->sol, st->so_mtu_discover, &i, sizeof(i)))
 842     return (-1);
 843
 844   /* Read the initial MTU guess back and report it. */
 845   sz = sizeof(mtu);
 846   if (getsockopt(st->sk, st->sol, st->so_mtu, &mtu, &sz))
 847     return (-1);
 848
 849   /* Done. */
 850   return (mtu);
 851 }
 852
 853 static void linux_finish(void *stv) { ; }
 854
 855 static void linux_selprep(void *stv, int *maxfd, fd_set *fd_in)
 856   { struct linux_state *st = stv; ADDFD(st->sk); }
 857
 858 static int linux_xmit(void *stv, int mtu)
 859 {
 860   struct linux_state *st = stv;
 861
 862   /* Write the packet. */
 863   if (write(st->sk, buf, mtu - st->hdrlen) >= 0) return (RC_OK);
 864   else if (errno == EMSGSIZE) return (RC_LOWER);
 865   else return (RC_FAIL);
 866 }
 867
 868 static int linux_selproc(void *stv, fd_set *fd_in, struct probestate *ps)
 869 {
 870   struct linux_state *st = stv;
 871   int mtu;
 872   socklen_t sz;
 873   ssize_t n;
 874   unsigned char b[65536];
 875
 876   /* Read an answer.  If it looks like the right kind of error then report a
 877    * success.  This is potentially wrong, since we can't tell whether an
 878    * error was delayed from an earlier probe.  However, we never return
 879    * RC_LOWER from this method, so the packet sizes ought to be monotonically
 880    * decreasing and this won't cause trouble.  Otherwise update from the
 881    * kernel's idea of the right MTU.
 882    */
 883   if (FD_ISSET(st->sk, fd_in)) {
 884     n = read(st->sk, &buf, sizeof(buf));
 885     if (n >= 0 ?
 886         mypacketp(ps, b, n) :
 887         errno == ECONNREFUSED || errno == EHOSTUNREACH)
 888       return (RC_HIGHER);
 889     sz = sizeof(mtu);
 890     if (getsockopt(st->sk, st->sol, st->so_mtu, &mtu, &sz))
 891       return (RC_FAIL);
 892     return (mtu);
 893   }
 894   return (RC_OK);
 895 }
 896
 897 static const struct probe_ops linux_ops = {
 898   "linux", OPS_CHAIN, sizeof(struct linux_state),
 899   linux_setup, linux_finish,
 900   linux_selprep, linux_xmit, linux_selproc
 901 };
 902
 903 #undef OPS_CHAIN
 904 #define OPS_CHAIN &linux_ops
 905
 906 #endif
 907
 908 /*----- Help options ------------------------------------------------------*/
 909
 910 static const struct probe_ops *probe_ops = OPS_CHAIN;
 911
 912 static void version(FILE *fp)
 913   { pquis(fp, "$, TrIPE version " VERSION "\n"); }
 914
 915 static void usage(FILE *fp)
 916 {
 917   pquis(fp, "Usage: $ [-46v] [-H HEADER] [-m METHOD]\n\
 918          [-r SECS] [-g FACTOR] [-t SECS] HOST [PORT]\n");
 919 }
 920
 921 static void help(FILE *fp)
 922 {
 923   const struct probe_ops *ops;
 924
 925   version(fp);
 926   fputc('\n', fp);
 927   usage(fp);
 928   fputs("\
 929 \n\
 930 Options in full:\n\
 931 \n\
 932 -h, --help              Show this help text.\n\
 933 -V, --version           Show version number.\n\
 934 -u, --usage             Show brief usage message.\n\
 935 \n\
 936 -4, --ipv4              Restrict to IPv4 only.\n\
 937 -6, --ipv6              Restrict to IPv6 only.\n\
 938 -g, --growth=FACTOR     Growth factor for retransmit interval.\n\
 939 -m, --method=METHOD     Use METHOD to probe for MTU.\n\
 940 -r, --retransmit=SECS   Retransmit if no reply after SEC.\n\
 941 -t, --timeout=SECS      Give up expecting a reply after SECS.\n\
 942 -v, --verbose           Write a running commentary to stderr.\n\
 943 -H, --header=HEX        Packet header, in hexadecimal.\n\
 944 \n\
 945 Probe methods:\n\
 946 ", fp);
 947   for (ops = probe_ops; ops; ops = ops->next)
 948     printf("\t%s\n", ops->name);
 949 }
 950
 951 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
 952
 953 int main(int argc, char *argv[])
 954 {
 955   struct param pp = { 0, 0.333, 3.0, 8.0, 0, OPS_CHAIN };
 956   hex_ctx hc;
 957   dstr d = DSTR_INIT;
 958   size_t sz;
 959   int i, err;
 960   struct addrinfo aihint = { 0 }, *ailist, *ai;
 961   const char *host, *svc = "7";
 962   unsigned f = 0;
 963
 964 #define f_bogus 1u
 965
 966   if ((rawicmp = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP)) < 0 ||
 967       (rawudp = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_UDP)) < 0)
 968     rawerr = errno;
 969   if ((rawicmp6 = socket(PF_INET6, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMPV6)) < 0 ||
 970       (rawudp6 = socket(PF_INET6, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW)) < 0)
 971     rawerr6 = errno;
 972   if (setuid(getuid()))
 973     abort();
 974
 975   ego(argv[0]);
 976   fillbuffer(buf, sizeof(buf));
 977
 978   aihint.ai_family = AF_UNSPEC;
 979   aihint.ai_protocol = IPPROTO_UDP;
 980   aihint.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
 981   aihint.ai_flags = AI_ADDRCONFIG;
 982
 983   for (;;) {
 984     static const struct option opts[] = {
 985       { "help",         0,              0,      'h' },
 986       { "version",      0,              0,      'V' },
 987       { "usage",        0,              0,      'u' },
 988       { "ipv4",         0,              0,      '4' },
 989       { "ipv6",         0,              0,      '6' },
 990       { "header",       OPTF_ARGREQ,    0,      'H' },
 991       { "growth",       OPTF_ARGREQ,    0,      'g' },
 992       { "method",       OPTF_ARGREQ,    0,      'm' },
 993       { "retransmit",   OPTF_ARGREQ,    0,      'r' },
 994       { "timeout",      OPTF_ARGREQ,    0,      't' },
 995       { "verbose",      0,              0,      'v' },
 996       { 0,              0,              0,      0 }
 997     };
 998
 999     i = mdwopt(argc, argv, "hVu" "46H:g:m:r:t:v", opts, 0, 0, 0);
1000     if (i < 0) break;
1001     switch (i) {
1002       case 'h': help(stdout); exit(0);
1003       case 'V': version(stdout); exit(0);
1004       case 'u': usage(stdout); exit(0);
1005
1006       case 'H':
1007         DRESET(&d);
1008         hex_init(&hc);
1009         hex_decode(&hc, optarg, strlen(optarg), &d);
1010         hex_decode(&hc, 0, 0, &d);
1011         sz = d.len < 532 ? d.len : 532;
1012         memcpy(buf, d.buf, sz);
1013         pp.seqoff = sz;
1014         break;
1015
1016       case '4': aihint.ai_family = AF_INET; break;
1017       case '6': aihint.ai_family = AF_INET6; break;
1018       case 'g': pp.regr = s2f(optarg, "retransmit growth factor"); break;
1019       case 'r': pp.retx = s2f(optarg, "retransmit interval"); break;
1020       case 't': pp.timeout = s2f(optarg, "timeout"); break;
1021
1022       case 'm':
1023         for (pp.pops = OPS_CHAIN; pp.pops; pp.pops = pp.pops->next)
1024           if (strcmp(pp.pops->name, optarg) == 0) goto found_alg;
1025         die(EXIT_FAILURE, "unknown probe algorithm `%s'", optarg);
1026       found_alg:
1027         break;
1028
1029       case 'v': pp.f |= F_VERBOSE; break;
1030
1031       default:
1032         f |= f_bogus;
1033         break;
1034     }
1035   }
1036   argv += optind; argc -= optind;
1037   if ((f & f_bogus) || 1 > argc || argc > 2) {
1038     usage(stderr);
1039     exit(EXIT_FAILURE);
1040   }
1041
1042   host = argv[0];
1043   if (argv[1]) svc = argv[1];
1044   if ((err = getaddrinfo(host, svc, &aihint, &ailist)) != 0) {
1045     die(EXIT_FAILURE, "unknown host `%s' or service `%s': %s",
1046         host, svc, gai_strerror(err));
1047   }
1048   for (ai = ailist; ai && !addrfamok(ai->ai_family); ai = ai->ai_next);
1049   if (!ai) die(EXIT_FAILURE, "no supported address families for `%s'", host);
1050   assert(ai->ai_addrlen <= sizeof(pp.a));
1051   memcpy(&pp.a, ai->ai_addr, ai->ai_addrlen);
1052
1053   i = pathmtu(&pp);
1054   if (i < 0)
1055     die(EXIT_FAILURE, "failed to discover MTU: %s", strerror(errno));
1056   printf("%d\n", i);
1057   if (ferror(stdout) || fflush(stdout) || fclose(stdout))
1058     die(EXIT_FAILURE, "failed to write result: %s", strerror(errno));
1059   return (0);
1060 }
1061
1062 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/