chiark / gitweb /
e1adf62fd4ed4d5309910e2258819f753269ffda
[zone] / net.lisp
1 ;;; -*-lisp-*-
2 ;;;
3 ;;; Network (numbering) tools
4 ;;;
5 ;;; (c) 2006 Straylight/Edgeware
6 ;;;
7
8 ;;;----- Licensing notice ---------------------------------------------------
9 ;;;
10 ;;; This program is free software; you can redistribute it and/or modify
11 ;;; it under the terms of the GNU General Public License as published by
12 ;;; the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
13 ;;; (at your option) any later version.
14 ;;;
15 ;;; This program is distributed in the hope that it will be useful,
16 ;;; but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17 ;;; MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
18 ;;; GNU General Public License for more details.
19 ;;;
20 ;;; You should have received a copy of the GNU General Public License
21 ;;; along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
22 ;;; Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
23
24 (in-package #:net)
25
26 ;;;--------------------------------------------------------------------------
27 ;;; Various random utilities.
28
29 (declaim (inline mask))
30 (defun mask (n)
31   "Return 2^N - 1: i.e., a mask of N set bits."
32   (1- (ash 1 n)))
33
34 (defun find-first-bit-transition
35     (mask &optional (low 0) (high (integer-length mask)))
36   "Find the first (lowest bit-position) transition in MASK within the bounds.
37
38    The LOW bound is inclusive; the high bound is exclusive.  A transition is
39    a change from zero to one, or vice-versa.  The return value is the
40    upper (exclusive) bound on the initial run, and the lower (inclusive)
41    bound on the new run.
42
43    If there is no transition within the bounds, then return HIGH."
44
45   ;; Arrange that the initial run is ones.
46   (unless (logbitp low mask) (setf mask (lognot mask)))
47
48   ;; Now, note that MASK + 2^LOW is identical to MASK in all bit positions
49   ;; except for (a) the run of one bits starting at LOW, and (b) the zero bit
50   ;; just above it.  So MASK xor (MASK + 2^LOW) is zero except for these
51   ;; bits; so all we need now is to find the position of its most significant
52   ;; set bit.
53   (let ((pos (1- (integer-length (logxor mask (+ mask (ash 1 low)))))))
54     (if (<= low pos high) pos high)))
55
56 (defun count-low-zero-bits (n)
57   "Return the number of low-order zero bits in the integer N."
58   (cond ((zerop n) nil)
59         ((oddp n) 0)
60         (t (find-first-bit-transition n))))
61
62 (declaim (inline round-down))
63 (defun round-down (n step)
64   "Return the largest multiple of STEP not greater than N."
65   (* step (floor n step)))
66
67 (declaim (inline round-up))
68 (defun round-up (n step)
69   "Return the smallest multiple of STEP not less than N."
70   (* step (ceiling n step)))
71
72 (defgeneric extract-class-name (object)
73   (:documentation "Turn OBJECT into a class name.")
74   (:method ((instance standard-object))
75     (extract-class-name (class-of instance)))
76   (:method ((class standard-class))
77     (class-name class))
78   (:method ((name symbol))
79     name))
80
81 (defclass savable-object ()
82   ())
83 (defmethod make-load-form ((object savable-object) &optional environment)
84   (make-load-form-saving-slots object :environment environment))
85
86 ;;;--------------------------------------------------------------------------
87 ;;; Parsing primitives for addresses.
88
89 (defun parse-partial-address
90     (str
91      &key (start 0) (end nil) (delim #\.)
92           (width 8) (radix 10) (min 1) (max 32) (shiftp t)
93           (what "address"))
94   "Parse a partial address from STR, which should be a sequence of integers
95    in the given RADIX, separated by the DELIM character, with each integer
96    N_i in the interval 0 <= N_i < 2^WIDTH.  If the sequence is N_1, N_2, ...,
97    N_k, then the basic partial address BPA is the sum
98
99         SUM_{1<=i<=k} 2^{WIDTH (k-i)} N_i
100
101    If SHIFTP is true (the default) then let OFFSET be the smallest multiple
102    of WIDTH not less than MAX - k WIDTH; otherwise, let OFFSET be zero.  The
103    partial address PA is BPA 2^SHIFT.
104
105    The return values are: PA, OFFSET, k WIDTH + OFFSET; i.e., the partial
106    address, and (inclusive) lower and (exclusive) upper bounds on the bits
107    specified by STR."
108
109   (setf-default end (length str))
110   (let ((addr 0) (nbits 0) (limit (ash 1 width)))
111     (when (< start end)
112       (loop
113         (when (>= nbits max)
114           (error "Too many elements in ~A" what))
115         (let* ((pos (position delim str :start start :end end))
116                (w (parse-integer str :radix radix
117                                  :start start :end (or pos end))))
118           (unless (and (<= 0 w) (< w limit))
119             (error "Element out of range in ~A" what))
120           (setf addr (logior (ash addr width) w))
121           (incf nbits width)
122           (unless pos (return))
123           (setf start (1+ pos)))))
124     (when (< nbits min)
125       (error "Not enough elements in ~A" what))
126     (if shiftp
127         (let* ((top (round-up max width))
128                (shift (- top nbits)))
129           (values (ash addr shift) shift top))
130         (values addr 0 nbits))))
131
132 ;;;--------------------------------------------------------------------------
133 ;;; Simple messing about with IP addresses.
134
135 (export 'ipaddr)
136 (export 'ipaddr-addr)
137 (defclass ipaddr (savable-object)
138   ()
139   (:documentation
140    "Base class for IP addresses."))
141
142 (export 'ipaddr-family)
143 (defgeneric ipaddr-family (addr)
144   (:documentation "Return the address family of ADDR, as a keyword."))
145
146 (export 'family-addrclass)
147 (defgeneric family-addrclass (family)
148   (:documentation "Convert the keyword FAMILY into an `ipaddr' subclass.")
149   (:method ((af symbol)) nil))
150
151 (export 'ipaddr-width)
152 (defgeneric ipaddr-width (class)
153   (:documentation "Return the width, in bits, of addresses from CLASS.
154
155    Alternatively, the CLASS may be given as an example object.")
156   (:method ((object t)) (ipaddr-width (extract-class-name object))))
157
158 (export 'ipaddr-comparable-p)
159 (defgeneric ipaddr-comparable-p (addr-a addr-b)
160   (:documentation "Is it meaningful to compare ADDR-A and ADDR-B?")
161   (:method ((addr-a ipaddr) (addr-b ipaddr))
162     (eq (class-of addr-a) (class-of addr-b))))
163
164 (defun guess-address-class (str &key (start 0) (end nil))
165   "Return a class name for the address in (the given substring of) STR.
166
167    This ought to be an extension point for additional address families, but
168    it isn't at the moment."
169   (cond ((position #\: str :start start :end end) 'ip6addr)
170         (t 'ip4addr)))
171
172 (defgeneric parse-partial-ipaddr (class str &key start end min max)
173   (:documentation
174    "Parse (a substring of) STR into a partial address of the given CLASS.
175
176    Returns three values: the parsed address fragment, as an integer; and the
177    low and high bit positions covered by the response.
178
179    The CLASS may instead be an example object of the required class.  The MIN
180    and MAX arguments bound the number of bits acceptable in the response; the
181    result is shifted so that the most significant component of the returned
182    address is in the same component as bit position MAX.")
183   (:method ((object t) str &rest keywords)
184     (apply #'parse-partial-ipaddr (extract-class-name object) str keywords)))
185
186 (export 'string-ipaddr)
187 (defun string-ipaddr (str &key (start 0) (end nil))
188   "Parse STR into an address; guess what kind is intended by the user.
189
190    STR may be anything at all: it's converted as if by `stringify'.
191    The START and END arguments may be used to parse out a substring."
192   (setf str (stringify str))
193   (let* ((class (guess-address-class str :start start :end end))
194          (width (ipaddr-width class)))
195     (make-instance class :addr
196                    (parse-partial-ipaddr class str
197                                          :start start :end end
198                                          :min width :max width))))
199
200 (export 'integer-ipaddr)
201 (defgeneric integer-ipaddr (int like)
202   (:documentation "Convert INT into an address of type indicated by LIKE.
203
204    Specifically, if LIKE is an address object, then use its type; if it's
205    a class, then use it directly; if it's a symbol, then use the class it
206    names.")
207   (:method (int (like t)) (integer-ipaddr int (class-of like)))
208   (:method (int (like symbol))
209     (make-instance (or (family-addrclass like) like) :addr int))
210   (:method (int (like standard-class)) (make-instance like :addr int)))
211
212 (export 'ipaddr-string)
213 (defgeneric ipaddr-string (ip)
214   (:documentation "Transform the address IP into a numeric textual form."))
215
216 (defmethod print-object ((addr ipaddr) stream)
217   (print-unreadable-object (addr stream :type t)
218     (write-string (ipaddr-string addr) stream)))
219
220 (export 'ipaddrp)
221 (defun ipaddrp (ip)
222   "Answer true if IP is a valid IP address in integer form."
223   (typep ip 'ipaddr))
224
225 (defun ipaddr (ip &optional like)
226   "Convert IP to an IP address, of type similar to LIKE.
227
228    If it's an IP address, just return it unchanged; If it's an integer,
229    capture it; otherwise convert by `string-ipaddr'."
230   (typecase ip
231     (ipaddr ip)
232     (integer (integer-ipaddr ip like))
233     (t (string-ipaddr ip))))
234
235 (export 'ipaddr-rrtype)
236 (defgeneric ipaddr-rrtype (addr)
237   (:documentation "Return the proper resource record type for ADDR."))
238
239 ;;;--------------------------------------------------------------------------
240 ;;; Netmasks.
241
242 (export 'integer-netmask)
243 (defun integer-netmask (n i)
244   "Given an integer I, return an N-bit netmask with its I top bits set."
245   (- (ash 1 n) (ash 1 (- n i))))
246
247 (export 'ipmask-cidl-slash)
248 (defun ipmask-cidl-slash (width mask)
249   "Given a netmask MASK, try to compute a prefix length.
250
251    Return an integer N such that (integer-netmask WIDTH N) = MASK, or nil if
252    this is impossible."
253   (let* ((low (logxor mask (mask width)))
254          (bits (integer-length low)))
255     (and (= low (mask bits)) (- width bits))))
256
257 (export 'ipmask)
258 (defgeneric ipmask (addr mask)
259   (:documentation "Convert MASK into a suitable netmask for ADDR.")
260   (:method ((addr ipaddr) (mask null))
261     (mask (ipaddr-width addr)))
262   (:method ((addr ipaddr) (mask integer))
263     (let ((w (ipaddr-width addr)))
264       (if (<= 0 mask w)
265           (integer-netmask w mask)
266           (error "Prefix length out of range.")))))
267
268 (export 'mask-ipaddr)
269 (defun mask-ipaddr (addr mask)
270   "Apply the MASK to the ADDR, returning the base address."
271   (integer-ipaddr (logand mask (ipaddr-addr addr)) addr))
272
273 ;;;--------------------------------------------------------------------------
274 ;;; Networks: pairing an address and netmask.
275
276 (export 'ipnet)
277 (export 'ipnet-net)
278 (export 'ipnet-mask)
279 (defclass ipnet (savable-object)
280   ()
281   (:documentation "Base class for IP networks."))
282
283 (export 'ipnet-family)
284 (defgeneric ipnet-family (ipn)
285   (:documentation "Return the address family of IPN, as a keyword.")
286   (:method ((ipn ipnet)) (ipaddr-family (ipnet-net ipn))))
287
288 (export 'ipnet-addr)
289 (defun ipnet-addr (ipn)
290   "Return the base network address of IPN as a raw integer."
291   (ipaddr-addr (ipnet-net ipn)))
292
293 (export 'ipaddr-ipnet)
294 (defgeneric ipaddr-ipnet (addr mask)
295   (:documentation "Construct an `ipnet' object given a base ADDR and MASK."))
296
297 (export 'make-ipnet)
298 (defun make-ipnet (net mask)
299   "Construct an IP-network object given the NET and MASK.
300
301    These are transformed as though by `ipaddr' and `ipmask'."
302   (let* ((net (ipaddr net))
303          (mask (ipmask net mask)))
304     (ipaddr-ipnet (mask-ipaddr net mask) mask)))
305
306 (export 'with-ipnet)
307 (defmacro with-ipnet ((net addr mask) ipn &body body)
308   "Evaluate the BODY with components of IPN in scope.
309
310    The NET is bound to the underlying network base address, as an `ipaddr';
311    ADDR is bound to the integer value of this address; and MASK is bound to
312    the netmask, again as an integer.  Any (or all) of these may be nil if not
313    wanted."
314   (with-gensyms tmp
315     `(let ((,tmp ,ipn))
316        (let (,@(and net `((,net (ipnet-net ,tmp))))
317              ,@(and addr `((,addr (ipnet-addr ,tmp))))
318              ,@(and mask `((,mask (ipnet-mask ,tmp)))))
319          ,@body))))
320
321 (export 'ipnet-width)
322 (defun ipnet-width (ipn)
323   "Return the underlying bit width of the addressing system."
324   (ipaddr-width (ipnet-net ipn)))
325
326 (export 'ipnet-string)
327 (defun ipnet-string (ipn)
328   "Convert IPN to a string."
329   (with-ipnet (net nil mask) ipn
330     (format nil "~A/~A"
331             (ipaddr-string net)
332             (or (ipmask-cidl-slash (ipnet-width ipn) mask)
333                 (ipaddr-string (make-instance (class-of net) :addr mask))))))
334
335 (defmethod print-object ((ipn ipnet) stream)
336   (print-unreadable-object (ipn stream :type t)
337     (write-string (ipnet-string ipn) stream)))
338
339 (defun parse-subnet (class width max str &key (start 0) (end nil) (slashp t))
340   "Parse a subnet description from (a substring of) STR.
341
342    Suppose we have a parent network, with a prefix length of MAX.  The WIDTH
343    gives the overall length of addresses of the appropriate class, i.e.,
344    (ipaddr-width WIDTH), but in fact callers have already computed this for
345    their own reasons.
346
347    Parse (the designated substring of) STR to construct the base address of a
348    subnet.  The string should have the form BASE/MASK, where the MASK is
349    either a literal bitmask (in the usual syntax for addresses) or an integer
350    prefix length.  An explicit prefix length is expected to cover the entire
351    address including the parent prefix: an error is signalled if the prefix
352    isn't long enough to cover any of the subnet.  A mask is parsed relative
353    to the end of the parent address, just as the subnet base address is.
354
355    Returns the relative base address and mask as two integer values."
356
357   (setf-default end (length str))
358   (let ((sl (and slashp (position #\/ str :start start :end end))))
359     (multiple-value-bind (addr lo hi)
360         (parse-partial-ipaddr class str :max max
361                               :start start :end (or sl end))
362       (let* ((present (integer-netmask hi (- hi lo)))
363              (mask (cond ((not sl)
364                           present)
365                          ((every #'digit-char-p (subseq str (1+ sl) end))
366                           (let ((length (parse-integer str
367                                                        :start (1+ sl)
368                                                        :end end)))
369                             (unless (>= length (- width max))
370                               (error "Mask doesn't reach subnet boundary"))
371                             (integer-netmask max (- length (- width max)))))
372                          (t
373                           (parse-partial-ipaddr class str :max max
374                                                 :start (1+ sl) :end end)))))
375         (unless (zerop (logandc2 mask present))
376           (error "Mask selects bits not present in base address"))
377         (values addr mask)))))
378
379 (defun check-subipnet (base-ipn sub-addr sub-mask)
380   "Verify that SUB-NET/SUB-MASK is an appropriate subnet of BASE-IPN.
381
382    The BASE-IPN is an `ipnet'; SUB-ADDR and SUB-MASK are plain integers.  If
383    the subnet is invalid (i.e., the subnet disagrees with its putative parent
384    over some of the fixed address bits) then an error is signalled; otherwise
385    return the combined base address (as an `ipaddr') and mask (as an
386    integer)."
387   (with-ipnet (base-net base-addr base-mask) base-ipn
388     (let* ((common (logand base-mask sub-mask))
389            (base-overlap (logand base-addr common))
390            (sub-overlap (logand sub-addr common))
391            (full-mask (logior base-mask sub-mask)))
392       (unless (or (zerop sub-overlap) (= sub-overlap base-overlap))
393         (error "Subnet doesn't match base network"))
394       (values (integer-ipaddr (logand full-mask (logior base-addr sub-addr))
395                               base-net)
396               full-mask))))
397
398 (export 'string-ipnet)
399 (defun string-ipnet (str &key (start 0) (end nil))
400   "Parse an IP network description from the string STR.
401
402    A network description has the form ADDRESS/MASK, where the ADDRESS is a
403    base address in numeric form, and the MASK is either a netmask in the same
404    form, or an integer prefix length."
405   (setf str (stringify str))
406   (setf-default end (length str))
407   (let ((addr-class (guess-address-class str :start start :end end)))
408     (multiple-value-bind (addr mask)
409         (let ((width (ipaddr-width addr-class)))
410           (parse-subnet addr-class width width str
411                         :start start :end end))
412       (make-ipnet (make-instance addr-class :addr addr)
413                   (make-instance addr-class :addr mask)))))
414
415 (defun parse-subipnet (ipn str &key (start 0) (end nil) (slashp t))
416   "Parse STR as a subnet of IPN.
417
418    This is mostly a convenience interface over `parse-subnet'; we compute
419    various of the parameters from IPN rather than requiring them to be passed
420    in explicitly.
421
422    Returns two values: the combined base address, as an `ipnaddr' and
423    combined mask, as an integer."
424
425   (let* ((addr-class (extract-class-name (ipnet-net ipn)))
426          (width (ipaddr-width addr-class))
427          (max (- width
428                  (or (ipmask-cidl-slash width (ipnet-mask ipn))
429                      (error "Base network has complex netmask")))))
430     (multiple-value-bind (addr mask)
431         (parse-subnet addr-class width max (stringify str)
432                       :start start :end end :slashp slashp)
433       (check-subipnet ipn addr mask))))
434
435 (export 'string-subipnet)
436 (defun string-subipnet (ipn str &key (start 0) (end nil))
437   "Parse an IP subnet from a parent net IPN and a suffix string STR.
438
439    The (substring of) STR is expected to have the form ADDRESS/MASK, where
440    ADDRESS is a relative subnet base address, and MASK is either a relative
441    subnet mask or a (full) prefix length.  Returns the resulting ipnet.  If
442    the relative base address overlaps with the existing subnet (because the
443    base network's prefix length doesn't cover a whole number of components),
444    then the subnet base must either agree in the overlapping portion with the
445    parent base address or be zero.
446
447    For example, if IPN is the network 172.29.0.0/16, then `199/24' or
448    `199/255' both designate the subnet 172.29.199.0/24.  Similarly, starting
449    from 2001:ba8:1d9:8000::/52, then `8042/ffff' and `42/64' both designate
450    the network 2001:ba8:1d9:8042::/64."
451
452   (multiple-value-bind (addr mask)
453       (parse-subipnet ipn str :start start :end end)
454     (ipaddr-ipnet addr mask)))
455
456 (defun ipnet (net)
457   "Construct an IP-network object from the given argument.
458
459    A number of forms are acceptable:
460
461      * ADDR -- a single address, equivalent to (ADDR . N).
462      * (NET . MASK|nil) -- a single-object representation.
463      * IPNET -- return an equivalent (`equal', not necessarily `eql')
464        version."
465   (typecase net
466     (ipnet net)
467     ((or string symbol) (string-ipnet net))
468     (t (apply #'make-ipnet (pairify net nil)))))
469
470 (export 'ipnet-broadcast)
471 (defgeneric ipnet-broadcast (ipn)
472   (:documentation "Return the broadcast address for the network IPN.
473
474    Returns nil if there isn't one."))
475
476 (export 'ipnet-hosts)
477 (defun ipnet-hosts (ipn)
478   "Return the number of available addresses in network IPN."
479   (ash 1 (- (ipnet-width ipn) (logcount (ipnet-mask ipn)))))
480
481 (defstruct host-map
482   "An internal object used by `ipnet-index-host' and `ipnet-host-index'.
483
484    Our objective is to be able to convert between flat host indices and a
485    possibly crazy non-flat host space.  We record the underlying IPNET for
486    convenience, and a list of byte-specifications for the runs of zero bits
487    in the netmask, in ascending order."
488   ipnet
489   bytes)
490
491 (export 'ipnet-host-map)
492 (defun ipnet-host-map (ipn)
493   "Work out how to enumerate the variable portion of IPN.
494
495    Returns an object which can be passed to `ipnet-index-host' and
496    `ipnet-host-index'."
497   (let* ((mask (ipnet-mask ipn)) (bytes nil) (i 0)
498          (len (integer-length mask)) (width (ipnet-width ipn)))
499     (when (logbitp i mask) (setf i (find-first-bit-transition mask i)))
500     (loop
501       (unless (< i len) (return))
502       (let ((next (find-first-bit-transition mask i width)))
503         (push (byte (- next i) i) bytes)
504         (setf i (find-first-bit-transition mask next width))))
505     (when (< len width) (push (byte (- width len) len) bytes))
506     (make-host-map :ipnet ipn :bytes (nreverse bytes))))
507
508 (export 'ipnet-index-host)
509 (defun ipnet-index-host (map host)
510   "Convert a HOST index to its address."
511   (let* ((ipn (host-map-ipnet map))
512          (addr (logand (ipnet-addr ipn) (ipnet-mask ipn))))
513     (dolist (byte (host-map-bytes map))
514       (setf (ldb byte addr) host
515             host (ash host (- (byte-size byte)))))
516     (unless (zerop host)
517       (error "Host index out of range."))
518     (integer-ipaddr addr (ipnet-net ipn))))
519
520 (export 'ipnet-host-index)
521 (defun ipnet-host-index (map addr)
522   "Convert an ADDR into a host index."
523   (let ((addr (ipaddr-addr addr))
524         (host 0) (offset 0))
525     (dolist (byte (host-map-bytes map))
526       (setf host (logior host
527                          (ash (ldb byte addr) offset))
528             offset (+ offset (byte-size byte))))
529     host))
530
531 (export 'ipnet-index-bounds)
532 (defun ipnet-index-bounds (map start end)
533   "Return host-index bounds corresponding to the given bit-position bounds."
534   (flet ((hack (frob-map good-byte tweak-addr)
535            (dolist (byte (funcall frob-map (host-map-bytes map)))
536              (let* ((low (byte-position byte))
537                     (high (+ low (byte-size byte)))
538                     (good (funcall good-byte low high)))
539                (when good
540                  (return-from hack
541                    (ipnet-host-index map
542                                      (ipaddr (funcall tweak-addr
543                                                       (ash 1 good))
544                                              (ipnet-net
545                                               (host-map-ipnet map))))))))
546            (error "No variable bits in range.")))
547     (values (hack #'identity
548                   (lambda (low high)
549                     (and (< start high) (max start low)))
550                   #'identity)
551             (hack #'reverse
552                   (lambda (low high)
553                     (and (>= end low) (min end high)))
554                   #'1-))))
555
556 (export 'ipnet-host)
557 (defun ipnet-host (ipn host)
558   "Return the address of the given HOST in network IPN.
559
560    The HOST may be a an integer index into the network (this works even with
561    a non-contiguous netmask) or a string or symbolic suffix (as for
562    `string-subnet')."
563   (etypecase host
564     (integer
565      (ipnet-index-host (ipnet-host-map ipn) host))
566     ((or symbol string)
567      (multiple-value-bind (addr mask)
568          (parse-subipnet ipn host :slashp nil)
569        (unless (= mask (mask (ipaddr-width addr)))
570          (error "Host address incomplete"))
571        addr))))
572
573 (export 'ipaddr-networkp)
574 (defun ipaddr-networkp (ip ipn)
575   "Returns true if numeric address IP is within network IPN."
576   (with-ipnet (nil addr mask) ipn
577     (= addr (logand ip mask))))
578
579 (export 'ipnet-subnetp)
580 (defun ipnet-subnetp (ipn subn)
581   "Returns true if SUBN is a (non-strict) subnet of IPN."
582   (with-ipnet (net addr mask) ipn
583     (with-ipnet (subnet subaddr submask) subn
584       (and (ipaddr-comparable-p net subnet)
585            (= addr (logand subaddr mask))
586            (= submask (logior mask submask))))))
587
588 (export 'ipnet-overlapp)
589 (defun ipnet-overlapp (ipn-a ipn-b)
590   "Returns true if IPN-A and IPN-B have any addresses in common."
591   (with-ipnet (net-a addr-a mask-a) ipn-a
592     (with-ipnet (net-b addr-b mask-b) ipn-b
593
594       ;; In the case of an overlap, we explicitly construct a common
595       ;; address.  If this fails, we know that the networks don't overlap
596       ;; after all.
597       (flet ((narrow (addr-a mask-a addr-b mask-b)
598                ;; Narrow network A towards B, by setting bits in A's base
599                ;; address towards which A is indifferent, but B is not;
600                ;; return the resulting base address.  This address is still
601                ;; within network A, since we only set bits to which A is
602                ;; indifferent.
603                (logior addr-a (logand addr-b (logandc2 mask-a mask-b)))))
604
605         (and (ipaddr-comparable-p net-a net-b)
606              (= (narrow addr-a mask-a addr-b mask-b)
607                 (narrow addr-b mask-b addr-a mask-a)))))))
608
609 (export 'ipnet-changeable-bits)
610 (defun ipnet-changeable-bits (width mask)
611   "Work out the number of changeable bits in a network, given its MASK.
612
613    This is a conservative estimate in the case of noncontiguous masks.  The
614    WIDTH is the total width of an address."
615
616   ;; We bisect the address.  If the low-order bits are changeable then we
617   ;; recurse on them; otherwise we look at the high-order bits.  A mask M of
618   ;; width W is changeable if it's not all-ones, i.e., if M /= 2^W.  If the
619   ;; top half is changeable then we don't need to look at the bottom half.
620   (labels ((recurse (width mask offset)
621              (if (= width 1)
622                  (if (zerop mask) (1+ offset) offset)
623                  (let* ((lowwidth (floor width 2))
624                         (highwidth (- width lowwidth))
625                         (highmask (ash mask (- lowwidth))))
626                    (if (logbitp highwidth (1+ highmask))
627                        (recurse lowwidth
628                                 (logand mask (mask lowwidth))
629                                 offset)
630                        (recurse highwidth highmask (+ offset lowwidth)))))))
631     (recurse width mask 0)))
632
633 ;;;--------------------------------------------------------------------------
634 ;;; Reverse lookups.
635
636 (export 'reverse-domain-component-width)
637 (defgeneric reverse-domain-component-width (ipaddr)
638   (:documentation "Return the component width for splitting IPADDR."))
639
640 (export 'reverse-domain-component-radix)
641 (defgeneric reverse-domain-radix (ipaddr)
642   (:documentation "Return the radix for representing IPADDR components."))
643
644 (export 'reverse-domain-component-suffix)
645 (defgeneric reverse-domain-suffix (ipaddr)
646   (:documentation "Return the reverse-lookup domain suffix for IPADDR."))
647
648 (export 'reverse-domain-fragment)
649 (defgeneric reverse-domain-fragment (ipaddr start end &key partialp)
650   (:documentation
651    "Return a portion of an IPADDR's reverse-resolution domain name.
652
653    Specifically, return the portion of the name which covers the bits of an
654    IPADDR between bits START (inclusive) and END (exclusive).  Address
655    components which are only partially within the given bounds are included
656    unless PARTIALP is nil.")
657   (:method ((ipaddr ipaddr) start end &key (partialp t))
658
659     (let ((addr (ipaddr-addr ipaddr))
660           (comp-width (reverse-domain-component-width ipaddr))
661           (radix (reverse-domain-radix ipaddr)))
662
663       (with-output-to-string (out)
664         (do ((i (funcall (if partialp #'round-down #'round-up)
665                          start comp-width)
666                 (+ i comp-width))
667              (limit (funcall (if partialp #'round-up #'round-down)
668                              end comp-width))
669              (sep nil t))
670             ((>= i limit))
671           (format out "~:[~;.~]~(~vR~)"
672                   sep radix (ldb (byte comp-width i) addr)))))))
673
674 (export 'reverse-domain)
675 (defgeneric reverse-domain (ipaddr-or-ipn &optional prefix-len)
676   (:documentation "Return a reverse-resolution domain name for IPADDR-OR-IPN.
677
678    If PREFIX-LEN is nil then it defaults to the length of the network's fixed
679    prefix.")
680   (:method ((ipn ipnet) &optional prefix-len)
681     (let* ((addr (ipnet-net ipn))
682            (mask (ipnet-mask ipn))
683            (width (ipaddr-width addr)))
684       (concatenate 'string
685                    (reverse-domain-fragment
686                     addr
687                     (if prefix-len
688                         (- width prefix-len)
689                         (ipnet-changeable-bits width mask))
690                     width
691                     :partialp nil)
692                    "."
693                    (reverse-domain-suffix addr))))
694   (:method ((addr ipaddr) &optional prefix-len)
695     (let* ((width (ipaddr-width addr)))
696       (reverse-domain (make-ipnet addr (mask width))
697                       (or prefix-len width)))))
698
699 ;;;--------------------------------------------------------------------------
700 ;;; Network names and specifiers.
701
702 (export 'net)
703 (export 'net-name)
704 (export 'net-ipnets)
705 (defclass net ()
706   ((name :type string :initarg :name :reader net-name)
707    (ipnets :type list :initarg :ipnets :initform nil :accessor net-ipnets)
708    (next :type unsigned-byte :initform 1 :accessor net-next)))
709
710 (defmethod print-object ((net net) stream)
711   (print-unreadable-object (net stream :type t)
712     (format stream "~A~@[ = ~{~A~^, ~}~]"
713             (net-name net)
714             (mapcar #'ipnet-string (net-ipnets net)))))
715
716 (defvar *networks* (make-hash-table :test #'equal)
717   "The table of known networks.")
718
719 (export 'net-find)
720 (defun net-find (name)
721   "Find a network by NAME."
722   (gethash (string-downcase (stringify name)) *networks*))
723 (defun (setf net-find) (net name)
724   "Make NAME map to NET."
725   (setf (gethash (string-downcase (stringify name)) *networks*) net))
726
727 (export 'net-must-find)
728 (defun net-must-find (name)
729   (or (net-find name)
730       (error "Unknown network ~A." name)))
731
732 (defun net-ipnet (net family)
733   (find family (net-ipnets net) :key #'ipnet-family))
734 (defun (setf net-ipnet) (ipnet net family)
735   (assert (eq (ipnet-family ipnet) family))
736   (let ((ipns (net-ipnets net)))
737     (if (find family ipns :key #'ipnet-family)
738         (nsubstitute ipnet family ipns :key #'ipnet-family)
739         (setf (net-ipnets net) (cons ipnet ipns)))))
740
741 (defun process-net-form (name addr subnets)
742   "Unpack a net-form.
743
744    A net-form looks like (NAME ADDR [SUBNET ...]) where:
745
746      * NAME is the name for the network.
747
748      * ADDR is the subnet address (acceptable to `string-subipnet'); at
749        top-level, this is a plain network address (acceptable to
750        `string-ipnet').  Alternatively (for compatibility) the ADDR for a
751        non-top-level network can be an integer number of addresses to
752        allocate to this subnet; the subnet's base address is implicitly just
753        past the previous subnet's limit address (or, for the first subnet,
754        it's the parent network's base address).  This won't work at all well
755        if your subnets have crazy netmasks.
756
757      * The SUBNETs are further net-forms, of the same form, whose addresses
758        are interpreted relative to the parent network's address.
759
760    The return value is a list of items of the form (NAME . IPNET)."
761
762   (labels ((process-subnets (subnets parent)
763              (let ((finger (ipnet-addr parent))
764                    (list nil))
765                (dolist (subnet subnets list)
766                  (destructuring-bind (name addr &rest subs) subnet
767                    (let ((net (etypecase addr
768                                 (integer
769                                  (when (or (> (count-low-zero-bits addr)
770                                               (count-low-zero-bits finger))
771                                            (not (zerop (logand addr
772                                                                (1- addr)))))
773                                    (error "Bad subnet size for ~A." name))
774                                  (make-ipnet
775                                   (ipaddr finger (ipnet-net parent))
776                                   (ipaddr (- (ash 1 (ipnet-width parent))
777                                              addr)
778                                           (ipnet-net parent))))
779                                 ((or string symbol)
780                                  (string-subipnet parent addr)))))
781
782                      (unless (ipnet-subnetp parent net)
783                        (error "Network `~A' (~A) falls outside parent ~A."
784                               name (ipnet-string net) (ipnet-string parent)))
785
786                      (dolist (entry list nil)
787                        (let ((ipn (cdr entry)))
788                          (when (ipnet-overlapp ipn net)
789                            (error "Network `~A' (~A) overlaps `~A' (~A)."
790                                   name (ipnet-string net)
791                                   (car entry) (ipnet-string ipn)))))
792
793                      (setf finger
794                            (1+ (logior
795                                 (ipnet-addr net)
796                                 (logxor (ipnet-mask net)
797                                         (1- (ash 1 (ipnet-width net)))))))
798
799                      (when name
800                        (push (cons name net) list))
801
802                      (when subs
803                        (setf list (nconc (process-subnets subs net)
804                                          list)))))))))
805
806     (let* ((top (string-ipnet addr))
807            (list (nreverse (process-subnets subnets top))))
808       (when name (push (cons name top) list))
809       list)))
810
811 (export 'net-create)
812 (defun net-create (name net)
813   "Construct a new network called NAME and add it to the map.
814
815    The NET describes the new network, in a form acceptable to the `ipnet'
816    function.  A named network may have multiple addresses with different
817    families: each `net-create' call adds a new family, or modifies the net's
818    address in an existing family."
819   (let ((ipn (ipnet net))
820         (net (net-find name)))
821     (if net
822         (progn (setf (net-ipnet net (ipnet-family ipn)) ipn) net)
823         (setf (net-find name)
824               (make-instance 'net
825                              :name (string-downcase (stringify name))
826                              :ipnets (list ipn))))))
827
828 (export 'defnet)
829 (defmacro defnet (name net &rest subnets)
830   "Main network definition macro.
831
832    None of the arguments is evaluated."
833   `(progn
834      ,@(mapcar (lambda (item)
835                  (let ((name (car item)) (ipn (cdr item)))
836                    `(net-create ',name ',ipn)))
837                (process-net-form name net subnets))
838      ',name))
839
840 (defun filter-by-family (func form family)
841   "Handle a family-switch form.
842
843    Here, FUNC is a function of two arguments ITEM and FAMILY.  FORM is either
844    a list of the form ((FAMILY . ITEM) ...), or an ITEM which is directly
845    acceptable to FUNC.  Return a list of the resulting outputs of FUNC."
846
847   (if (and (listp form)
848            (every (lambda (clause)
849                     (and (listp clause)
850                          (family-addrclass (car clause))))
851                   form))
852       (mapcan (lambda (clause)
853                 (let ((fam (car clause)))
854                   (and (or (eq family t)
855                            (eq family fam))
856                        (list (funcall func (cdr clause) fam)))))
857               form)
858       (list (funcall func form family))))
859
860 (export 'net-parse-to-ipnets)
861 (defun net-parse-to-ipnets (form &optional (family t))
862   "Parse FORM into a list of ipnet objects.
863
864    The FORM can be any of the following.
865
866      * NAME -- a named network, established using `net-create' or `defnet'
867
868      * IPNET -- a network, in a form acceptable to `ipnet'
869
870      * ((FAMILY . FORM) ...) -- a sequence of networks, filtered by FAMILY"
871
872   (flet ((hack (form family)
873            (let* ((form (if (and (consp form)
874                                  (endp (cdr form)))
875                             (car form)
876                             form))
877                   (net (net-find form))
878                   (ipns (if net (net-ipnets net)
879                             (list (ipnet form)))))
880              (if (eq family t) ipns
881                  (remove family ipns
882                          :key #'ipnet-family
883                          :test-not #'eq)))))
884     (let* ((ipns (apply #'append (filter-by-family #'hack form family)))
885            (merged (reduce (lambda (ipns ipn)
886                              (if (find (ipnet-family ipn) ipns
887                                        :key #'ipnet-family)
888                                  ipns
889                                  (cons ipn ipns)))
890                            ipns
891                            :initial-value nil)))
892       (or merged (error "No matching addresses.")))))
893
894 (export 'net-host)
895 (defun net-host (net-form host &optional (family t))
896   "Return the given HOST on the NET, as an anonymous `host' object.
897
898    HOST may be an index (in range, of course), a suffix (as a symbol or
899    string, as for `string-subnet'), or one of the keywords:
900
901    :next       next host, as by net-next-host
902    :net        network base address
903    :broadcast  network broadcast address
904
905    If FAMILY is not `t', then only return an address with that family;
906    otherwise return all available addresses."
907   (flet ((hosts (ipns host)
908            (mapcar (lambda (ipn) (ipnet-host ipn host))
909                    (if (integerp host)
910                        (remove host ipns :key #'ipnet-hosts :test #'>=)
911                        ipns))))
912     (let* ((net (and (typep net-form '(or string symbol))
913                      (net-find net-form)))
914            (ipns (net-parse-to-ipnets net-form family))
915            (addrs (case host
916                     (:next
917                      (if net
918                          (prog1 (hosts ipns (net-next net))
919                            (incf (net-next net)))
920                          (error "Can't use `:next' without a named net.")))
921                     (:net (mapcar #'ipnet-net ipns))
922                     (:broadcast (remove nil (mapcar #'ipnet-broadcast ipns)))
923                     (t (hosts ipns host)))))
924       (unless addrs
925         (error "No networks have that address."))
926       (make-instance 'host :addrs addrs))))
927
928 ;;;--------------------------------------------------------------------------
929 ;;; Host names and specifiers.
930
931 (export 'host)
932 (export 'host-name)
933 (export 'host-addrs)
934 (defclass host ()
935   ((name :type (or string null) :initform nil
936          :initarg :name :reader host-name)
937    (addrs :type list :initarg :addrs :initform nil :accessor host-addrs)))
938
939 (defmethod print-object ((host host) stream)
940   (print-unreadable-object (host stream :type t)
941     (format stream "~:[<anonymous>~;~@*~A~]~@[ = ~{~A~^, ~}~]"
942             (host-name host)
943             (mapcar #'ipaddr-string (host-addrs host)))))
944
945 (defvar *hosts* (make-hash-table :test #'equal)
946   "The table of known hostnames.")
947
948 (export 'host-find)
949 (defun host-find (name)
950   "Find a host by NAME."
951   (gethash (string-downcase (stringify name)) *hosts*))
952 (defun (setf host-find) (addr name)
953   "Make NAME map to ADDR (must be an ipaddr in integer form)."
954   (setf (gethash (string-downcase (stringify name)) *hosts*) addr))
955
956 (defun merge-addresses (addrs-a addrs-b)
957   (append (remove-if (lambda (addr)
958                        (member (ipaddr-family addr) addrs-b
959                                :key #'ipaddr-family))
960                      addrs-a)
961           addrs-b))
962
963 (export 'host-parse)
964 (defun host-parse (addr &optional (family t))
965   "Convert the ADDR into a (possibly anonymous) `host' object.
966
967    The ADDR can be one of a number of different things.
968
969    HOST                         a host name defined using `defhost'
970
971    (NET INDEX)                  a particular host in a network
972
973    IPADDR                       an address form acceptable to `ipnet'
974
975    ((FAMILY . ADDR) ...)        the above, restricted to a particular address
976                                   FAMILY (i.e., one of the keywords `:ipv4',
977                                   etc.)"
978
979   (labels ((filter-addresses (addrs family)
980              (make-instance 'host
981                             :addrs (if (eq family t) addrs
982                                        (remove family addrs
983                                                :key #'ipaddr-family
984                                                :test-not #'eq))))
985            (host-addresses (host family)
986              (if (eq family t) host
987                  (filter-addresses (host-addrs host) family)))
988            (hack (addr family)
989              (let* ((form (listify addr))
990                     (indic (car form))
991                     (host (and (null (cdr form))
992                                (host-find indic))))
993                (cond (host
994                       (host-addresses host family))
995                      ((and (consp (cdr form))
996                            (endp (cddr form)))
997                       (net-host (car form) (cadr form) family))
998                      (t
999                       (filter-addresses (list (ipaddr indic)) family))))))
1000     (let* ((list (filter-by-family #'hack addr family))
1001            (host (if (and list (cdr list))
1002                      (make-instance 'host
1003                                     :addrs (reduce #'merge-addresses
1004                                                    (mapcar #'host-addrs
1005                                                            (reverse list))
1006                                                    :initial-value nil))
1007                      (car list))))
1008       (unless (host-addrs host)
1009         (error "No matching addresses."))
1010       host)))
1011
1012 (export 'host-create)
1013 (defun host-create (name addr)
1014   "Make host NAME map to ADDR (anything acceptable to `host-parse')."
1015   (let ((existing (host-find name))
1016         (new (host-parse addr)))
1017     (if (not existing)
1018         (setf (host-find name)
1019               (make-instance 'host
1020                              :name (string-downcase (stringify name))
1021                              :addrs (host-addrs new)))
1022         (progn
1023           (setf (host-addrs existing)
1024                 (merge-addresses (host-addrs existing) (host-addrs new)))
1025           existing))))
1026
1027 (export 'defhost)
1028 (defmacro defhost (name addr)
1029   "Main host definition macro.  Neither NAME nor ADDR is evaluated."
1030   `(progn
1031      (host-create ',name ',addr)
1032      ',name))
1033
1034 ;;;----- That's all, folks --------------------------------------------------