classifier: New function cls_rule_is_loose_match().
[openvswitch] / lib / learning-switch.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 Nicira, Inc.
3  *
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at:
7  *
8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  */
16
17 #include <config.h>
18 #include "learning-switch.h"
19
20 #include <errno.h>
21 #include <inttypes.h>
22 #include <netinet/in.h>
23 #include <stdlib.h>
24 #include <time.h>
25
26 #include "byte-order.h"
27 #include "classifier.h"
28 #include "flow.h"
29 #include "hmap.h"
30 #include "mac-learning.h"
31 #include "ofpbuf.h"
32 #include "ofp-actions.h"
33 #include "ofp-errors.h"
34 #include "ofp-parse.h"
35 #include "ofp-print.h"
36 #include "ofp-util.h"
37 #include "openflow/openflow.h"
38 #include "poll-loop.h"
39 #include "rconn.h"
40 #include "shash.h"
41 #include "simap.h"
42 #include "timeval.h"
43 #include "vconn.h"
44 #include "vlog.h"
45
46 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(learning_switch);
47
48 struct lswitch_port {
49     struct hmap_node hmap_node; /* Hash node for port number. */
50     uint16_t port_no;           /* OpenFlow port number, in host byte order. */
51     uint32_t queue_id;          /* OpenFlow queue number. */
52 };
53
54 struct lswitch {
55     /* If nonnegative, the switch sets up flows that expire after the given
56      * number of seconds (or never expire, if the value is OFP_FLOW_PERMANENT).
57      * Otherwise, the switch processes every packet. */
58     int max_idle;
59
60     enum ofputil_protocol protocol;
61     unsigned long long int datapath_id;
62     time_t last_features_request;
63     struct mac_learning *ml;    /* NULL to act as hub instead of switch. */
64     struct flow_wildcards wc;   /* Wildcards to apply to flows. */
65     bool action_normal;         /* Use OFPP_NORMAL? */
66
67     /* Queue distribution. */
68     uint32_t default_queue;     /* Default OpenFlow queue, or UINT32_MAX. */
69     struct hmap queue_numbers;  /* Map from port number to lswitch_port. */
70     struct shash queue_names;   /* Map from port name to lswitch_port. */
71
72     /* Number of outgoing queued packets on the rconn. */
73     struct rconn_packet_counter *queued;
74 };
75
76 /* The log messages here could actually be useful in debugging, so keep the
77  * rate limit relatively high. */
78 static struct vlog_rate_limit rl = VLOG_RATE_LIMIT_INIT(30, 300);
79
80 static void queue_tx(struct lswitch *, struct rconn *, struct ofpbuf *);
81 static void send_features_request(struct lswitch *, struct rconn *);
82
83 static enum ofperr process_switch_features(struct lswitch *,
84                                            struct ofp_switch_features *);
85 static void process_packet_in(struct lswitch *, struct rconn *,
86                               const struct ofp_header *);
87 static void process_echo_request(struct lswitch *, struct rconn *,
88                                  const struct ofp_header *);
89
90 /* Creates and returns a new learning switch whose configuration is given by
91  * 'cfg'.
92  *
93  * 'rconn' is used to send out an OpenFlow features request. */
94 struct lswitch *
95 lswitch_create(struct rconn *rconn, const struct lswitch_config *cfg)
96 {
97     enum ofputil_protocol protocol;
98     struct lswitch *sw;
99
100     sw = xzalloc(sizeof *sw);
101     sw->max_idle = cfg->max_idle;
102     sw->datapath_id = 0;
103     sw->last_features_request = time_now() - 1;
104     sw->ml = (cfg->mode == LSW_LEARN
105               ? mac_learning_create(MAC_ENTRY_DEFAULT_IDLE_TIME)
106               : NULL);
107     sw->action_normal = cfg->mode == LSW_NORMAL;
108
109     flow_wildcards_init_exact(&sw->wc);
110     if (cfg->wildcards) {
111         uint32_t ofpfw;
112
113         if (cfg->wildcards == UINT32_MAX) {
114             /* Try to wildcard as many fields as possible, but we cannot
115              * wildcard all fields.  We need in_port to detect moves.  We need
116              * Ethernet source and dest and VLAN VID to do L2 learning. */
117             ofpfw = (OFPFW10_DL_TYPE | OFPFW10_DL_VLAN_PCP
118                      | OFPFW10_NW_SRC_ALL | OFPFW10_NW_DST_ALL
119                      | OFPFW10_NW_TOS | OFPFW10_NW_PROTO
120                      | OFPFW10_TP_SRC | OFPFW10_TP_DST);
121         } else {
122             ofpfw = cfg->wildcards;
123         }
124
125         ofputil_wildcard_from_ofpfw10(ofpfw, &sw->wc);
126     }
127
128     sw->default_queue = cfg->default_queue;
129     hmap_init(&sw->queue_numbers);
130     shash_init(&sw->queue_names);
131     if (cfg->port_queues) {
132         struct simap_node *node;
133
134         SIMAP_FOR_EACH (node, cfg->port_queues) {
135             struct lswitch_port *port = xmalloc(sizeof *port);
136             hmap_node_nullify(&port->hmap_node);
137             port->queue_id = node->data;
138             shash_add(&sw->queue_names, node->name, port);
139         }
140     }
141
142     sw->queued = rconn_packet_counter_create();
143     send_features_request(sw, rconn);
144
145     protocol = ofputil_protocol_from_ofp_version(rconn_get_version(rconn));
146     if (cfg->default_flows) {
147         enum ofputil_protocol usable_protocols;
148         struct ofpbuf *msg = NULL;
149         int error = 0;
150         size_t i;
151
152         /* If the initial protocol isn't good enough for default_flows, then
153          * pick one that will work and encode messages to set up that
154          * protocol.
155          *
156          * This could be improved by actually negotiating a mutually acceptable
157          * flow format with the switch, but that would require an asynchronous
158          * state machine.  This version ought to work fine in practice. */
159         usable_protocols = ofputil_flow_mod_usable_protocols(
160             cfg->default_flows, cfg->n_default_flows);
161         if (!(protocol & usable_protocols)) {
162             enum ofputil_protocol want = rightmost_1bit(usable_protocols);
163             while (!error) {
164                 msg = ofputil_encode_set_protocol(protocol, want, &protocol);
165                 if (!msg) {
166                     break;
167                 }
168                 error = rconn_send(rconn, msg, NULL);
169             }
170         }
171
172         for (i = 0; !error && i < cfg->n_default_flows; i++) {
173             msg = ofputil_encode_flow_mod(&cfg->default_flows[i], protocol);
174             error = rconn_send(rconn, msg, NULL);
175         }
176
177         if (error) {
178             VLOG_INFO_RL(&rl, "%s: failed to queue default flows (%s)",
179                          rconn_get_name(rconn), strerror(error));
180         }
181     }
182     sw->protocol = protocol;
183
184     return sw;
185 }
186
187 /* Destroys 'sw'. */
188 void
189 lswitch_destroy(struct lswitch *sw)
190 {
191     if (sw) {
192         struct lswitch_port *node, *next;
193
194         HMAP_FOR_EACH_SAFE (node, next, hmap_node, &sw->queue_numbers) {
195             hmap_remove(&sw->queue_numbers, &node->hmap_node);
196             free(node);
197         }
198         shash_destroy(&sw->queue_names);
199         mac_learning_destroy(sw->ml);
200         rconn_packet_counter_destroy(sw->queued);
201         free(sw);
202     }
203 }
204
205 /* Takes care of necessary 'sw' activity, except for receiving packets (which
206  * the caller must do). */
207 void
208 lswitch_run(struct lswitch *sw)
209 {
210     if (sw->ml) {
211         mac_learning_run(sw->ml, NULL);
212     }
213 }
214
215 void
216 lswitch_wait(struct lswitch *sw)
217 {
218     if (sw->ml) {
219         mac_learning_wait(sw->ml);
220     }
221 }
222
223 /* Processes 'msg', which should be an OpenFlow received on 'rconn', according
224  * to the learning switch state in 'sw'.  The most likely result of processing
225  * is that flow-setup and packet-out OpenFlow messages will be sent out on
226  * 'rconn'.  */
227 void
228 lswitch_process_packet(struct lswitch *sw, struct rconn *rconn,
229                        const struct ofpbuf *msg)
230 {
231     const struct ofp_header *oh = msg->data;
232     const struct ofputil_msg_type *type;
233
234     if (sw->datapath_id == 0
235         && oh->type != OFPT_ECHO_REQUEST
236         && oh->type != OFPT_FEATURES_REPLY) {
237         send_features_request(sw, rconn);
238         return;
239     }
240
241     ofputil_decode_msg_type(oh, &type);
242     switch (ofputil_msg_type_code(type)) {
243     case OFPUTIL_OFPT_ECHO_REQUEST:
244         process_echo_request(sw, rconn, msg->data);
245         break;
246
247     case OFPUTIL_OFPT_FEATURES_REPLY:
248         process_switch_features(sw, msg->data);
249         break;
250
251     case OFPUTIL_OFPT_PACKET_IN:
252     case OFPUTIL_NXT_PACKET_IN:
253         process_packet_in(sw, rconn, msg->data);
254         break;
255
256     case OFPUTIL_OFPT_FLOW_REMOVED:
257         /* Nothing to do. */
258         break;
259
260     case OFPUTIL_MSG_INVALID:
261     case OFPUTIL_OFPT_HELLO:
262     case OFPUTIL_OFPT_ERROR:
263     case OFPUTIL_OFPT_ECHO_REPLY:
264     case OFPUTIL_OFPT_FEATURES_REQUEST:
265     case OFPUTIL_OFPT_GET_CONFIG_REQUEST:
266     case OFPUTIL_OFPT_GET_CONFIG_REPLY:
267     case OFPUTIL_OFPT_SET_CONFIG:
268     case OFPUTIL_OFPT_PORT_STATUS:
269     case OFPUTIL_OFPT_PACKET_OUT:
270     case OFPUTIL_OFPT_FLOW_MOD:
271     case OFPUTIL_OFPT_PORT_MOD:
272     case OFPUTIL_OFPT_BARRIER_REQUEST:
273     case OFPUTIL_OFPT_BARRIER_REPLY:
274     case OFPUTIL_OFPT_QUEUE_GET_CONFIG_REQUEST:
275     case OFPUTIL_OFPT_QUEUE_GET_CONFIG_REPLY:
276     case OFPUTIL_OFPST_DESC_REQUEST:
277     case OFPUTIL_OFPST_FLOW_REQUEST:
278     case OFPUTIL_OFPST_AGGREGATE_REQUEST:
279     case OFPUTIL_OFPST_TABLE_REQUEST:
280     case OFPUTIL_OFPST_PORT_REQUEST:
281     case OFPUTIL_OFPST_QUEUE_REQUEST:
282     case OFPUTIL_OFPST_PORT_DESC_REQUEST:
283     case OFPUTIL_OFPST_DESC_REPLY:
284     case OFPUTIL_OFPST_FLOW_REPLY:
285     case OFPUTIL_OFPST_QUEUE_REPLY:
286     case OFPUTIL_OFPST_PORT_REPLY:
287     case OFPUTIL_OFPST_TABLE_REPLY:
288     case OFPUTIL_OFPST_AGGREGATE_REPLY:
289     case OFPUTIL_OFPST_PORT_DESC_REPLY:
290     case OFPUTIL_NXT_ROLE_REQUEST:
291     case OFPUTIL_NXT_ROLE_REPLY:
292     case OFPUTIL_NXT_FLOW_MOD_TABLE_ID:
293     case OFPUTIL_NXT_SET_FLOW_FORMAT:
294     case OFPUTIL_NXT_SET_PACKET_IN_FORMAT:
295     case OFPUTIL_NXT_FLOW_MOD:
296     case OFPUTIL_NXT_FLOW_REMOVED:
297     case OFPUTIL_NXT_FLOW_AGE:
298     case OFPUTIL_NXT_SET_ASYNC_CONFIG:
299     case OFPUTIL_NXT_SET_CONTROLLER_ID:
300     case OFPUTIL_NXST_FLOW_REQUEST:
301     case OFPUTIL_NXST_AGGREGATE_REQUEST:
302     case OFPUTIL_NXST_FLOW_REPLY:
303     case OFPUTIL_NXST_AGGREGATE_REPLY:
304     default:
305         if (VLOG_IS_DBG_ENABLED()) {
306             char *s = ofp_to_string(msg->data, msg->size, 2);
307             VLOG_DBG_RL(&rl, "%016llx: OpenFlow packet ignored: %s",
308                         sw->datapath_id, s);
309             free(s);
310         }
311     }
312 }
313 \f
314 static void
315 send_features_request(struct lswitch *sw, struct rconn *rconn)
316 {
317     time_t now = time_now();
318     if (now >= sw->last_features_request + 1) {
319         struct ofpbuf *b;
320         struct ofp_switch_config *osc;
321
322         /* Send OFPT_FEATURES_REQUEST. */
323         make_openflow(sizeof(struct ofp_header), OFPT_FEATURES_REQUEST, &b);
324         queue_tx(sw, rconn, b);
325
326         /* Send OFPT_SET_CONFIG. */
327         osc = make_openflow(sizeof *osc, OFPT_SET_CONFIG, &b);
328         osc->miss_send_len = htons(OFP_DEFAULT_MISS_SEND_LEN);
329         queue_tx(sw, rconn, b);
330
331         sw->last_features_request = now;
332     }
333 }
334
335 static void
336 queue_tx(struct lswitch *sw, struct rconn *rconn, struct ofpbuf *b)
337 {
338     int retval = rconn_send_with_limit(rconn, b, sw->queued, 10);
339     if (retval && retval != ENOTCONN) {
340         if (retval == EAGAIN) {
341             VLOG_INFO_RL(&rl, "%016llx: %s: tx queue overflow",
342                          sw->datapath_id, rconn_get_name(rconn));
343         } else {
344             VLOG_WARN_RL(&rl, "%016llx: %s: send: %s",
345                          sw->datapath_id, rconn_get_name(rconn),
346                          strerror(retval));
347         }
348     }
349 }
350
351 static enum ofperr
352 process_switch_features(struct lswitch *sw, struct ofp_switch_features *osf)
353 {
354     struct ofputil_switch_features features;
355     struct ofputil_phy_port port;
356     enum ofperr error;
357     struct ofpbuf b;
358
359     error = ofputil_decode_switch_features(osf, &features, &b);
360     if (error) {
361         VLOG_ERR("received invalid switch feature reply (%s)",
362                  ofperr_to_string(error));
363         return error;
364     }
365
366     sw->datapath_id = features.datapath_id;
367
368     while (!ofputil_pull_phy_port(osf->header.version, &b, &port)) {
369         struct lswitch_port *lp = shash_find_data(&sw->queue_names, port.name);
370         if (lp && hmap_node_is_null(&lp->hmap_node)) {
371             lp->port_no = port.port_no;
372             hmap_insert(&sw->queue_numbers, &lp->hmap_node,
373                         hash_int(lp->port_no, 0));
374         }
375     }
376     return 0;
377 }
378
379 static uint16_t
380 lswitch_choose_destination(struct lswitch *sw, const struct flow *flow)
381 {
382     uint16_t out_port;
383
384     /* Learn the source MAC. */
385     if (mac_learning_may_learn(sw->ml, flow->dl_src, 0)) {
386         struct mac_entry *mac = mac_learning_insert(sw->ml, flow->dl_src, 0);
387         if (mac_entry_is_new(mac) || mac->port.i != flow->in_port) {
388             VLOG_DBG_RL(&rl, "%016llx: learned that "ETH_ADDR_FMT" is on "
389                         "port %"PRIu16, sw->datapath_id,
390                         ETH_ADDR_ARGS(flow->dl_src), flow->in_port);
391
392             mac->port.i = flow->in_port;
393             mac_learning_changed(sw->ml, mac);
394         }
395     }
396
397     /* Drop frames for reserved multicast addresses. */
398     if (eth_addr_is_reserved(flow->dl_dst)) {
399         return OFPP_NONE;
400     }
401
402     out_port = OFPP_FLOOD;
403     if (sw->ml) {
404         struct mac_entry *mac;
405
406         mac = mac_learning_lookup(sw->ml, flow->dl_dst, 0, NULL);
407         if (mac) {
408             out_port = mac->port.i;
409             if (out_port == flow->in_port) {
410                 /* Don't send a packet back out its input port. */
411                 return OFPP_NONE;
412             }
413         }
414     }
415
416     /* Check if we need to use "NORMAL" action. */
417     if (sw->action_normal && out_port != OFPP_FLOOD) {
418         return OFPP_NORMAL;
419     }
420
421     return out_port;
422 }
423
424 static uint32_t
425 get_queue_id(const struct lswitch *sw, uint16_t in_port)
426 {
427     const struct lswitch_port *port;
428
429     HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (port, hmap_node, hash_int(in_port, 0),
430                              &sw->queue_numbers) {
431         if (port->port_no == in_port) {
432             return port->queue_id;
433         }
434     }
435
436     return sw->default_queue;
437 }
438
439 static void
440 process_packet_in(struct lswitch *sw, struct rconn *rconn,
441                   const struct ofp_header *oh)
442 {
443     struct ofputil_packet_in pi;
444     uint32_t queue_id;
445     uint16_t out_port;
446
447     uint64_t ofpacts_stub[64 / 8];
448     struct ofpbuf ofpacts;
449
450     struct ofputil_packet_out po;
451     enum ofperr error;
452
453     struct ofpbuf pkt;
454     struct flow flow;
455
456     error = ofputil_decode_packet_in(&pi, oh);
457     if (error) {
458         VLOG_WARN_RL(&rl, "failed to decode packet-in: %s",
459                      ofperr_to_string(error));
460         return;
461     }
462
463     /* Ignore packets sent via output to OFPP_CONTROLLER.  This library never
464      * uses such an action.  You never know what experiments might be going on,
465      * though, and it seems best not to interfere with them. */
466     if (pi.reason != OFPR_NO_MATCH) {
467         return;
468     }
469
470     /* Extract flow data from 'opi' into 'flow'. */
471     ofpbuf_use_const(&pkt, pi.packet, pi.packet_len);
472     flow_extract(&pkt, 0, pi.fmd.tun_id, pi.fmd.in_port, &flow);
473
474     /* Choose output port. */
475     out_port = lswitch_choose_destination(sw, &flow);
476
477     /* Make actions. */
478     queue_id = get_queue_id(sw, pi.fmd.in_port);
479     ofpbuf_use_stack(&ofpacts, ofpacts_stub, sizeof ofpacts_stub);
480     if (out_port == OFPP_NONE) {
481         /* No actions. */
482     } else if (queue_id == UINT32_MAX || out_port >= OFPP_MAX) {
483         ofpact_put_OUTPUT(&ofpacts)->port = out_port;
484     } else {
485         struct ofpact_enqueue *enqueue = ofpact_put_ENQUEUE(&ofpacts);
486         enqueue->port = out_port;
487         enqueue->queue = queue_id;
488     }
489     ofpact_pad(&ofpacts);
490
491     /* Prepare packet_out in case we need one. */
492     po.buffer_id = pi.buffer_id;
493     if (po.buffer_id == UINT32_MAX) {
494         po.packet = pkt.data;
495         po.packet_len = pkt.size;
496     } else {
497         po.packet = NULL;
498         po.packet_len = 0;
499     }
500     po.in_port = pi.fmd.in_port;
501     po.ofpacts = ofpacts.data;
502     po.ofpacts_len = ofpacts.size;
503
504     /* Send the packet, and possibly the whole flow, to the output port. */
505     if (sw->max_idle >= 0 && (!sw->ml || out_port != OFPP_FLOOD)) {
506         struct ofputil_flow_mod fm;
507         struct ofpbuf *buffer;
508
509         /* The output port is known, or we always flood everything, so add a
510          * new flow. */
511         memset(&fm, 0, sizeof fm);
512         cls_rule_init(&flow, &sw->wc, 0, &fm.cr);
513         fm.table_id = 0xff;
514         fm.command = OFPFC_ADD;
515         fm.idle_timeout = sw->max_idle;
516         fm.buffer_id = pi.buffer_id;
517         fm.out_port = OFPP_NONE;
518         fm.ofpacts = ofpacts.data;
519         fm.ofpacts_len = ofpacts.size;
520         buffer = ofputil_encode_flow_mod(&fm, sw->protocol);
521
522         queue_tx(sw, rconn, buffer);
523
524         /* If the switch didn't buffer the packet, we need to send a copy. */
525         if (pi.buffer_id == UINT32_MAX && out_port != OFPP_NONE) {
526             queue_tx(sw, rconn, ofputil_encode_packet_out(&po));
527         }
528     } else {
529         /* We don't know that MAC, or we don't set up flows.  Send along the
530          * packet without setting up a flow. */
531         if (pi.buffer_id != UINT32_MAX || out_port != OFPP_NONE) {
532             queue_tx(sw, rconn, ofputil_encode_packet_out(&po));
533         }
534     }
535 }
536
537 static void
538 process_echo_request(struct lswitch *sw, struct rconn *rconn,
539                      const struct ofp_header *rq)
540 {
541     queue_tx(sw, rconn, make_echo_reply(rq));
542 }