src/transport/gnunet-nat-server-windows.c

   1 /*
   2      This file is part of GNUnet.
   3      (C) 2010 Christian Grothoff (and other contributing authors)
   4
   5      GNUnet is free software; you can redistribute it and/or modify
   6      it under the terms of the GNU General Public License as published
   7      by the Free Software Foundation; either version 3, or (at your
   8      option) any later version.
   9
  10      GNUnet is distributed in the hope that it will be useful, but
  11      WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12      MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13      General Public License for more details.
  14
  15      You should have received a copy of the GNU General Public License
  16      along with GNUnet; see the file COPYING.  If not, write to the
  17      Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
  18      Boston, MA 02111-1307, USA.
  19 */
  20
  21 /**
  22  * @file src/transport/gnunet-nat-server-windows.c
  23  * @brief Windows tool to help bypass NATs using ICMP method
  24  *        This code will work under W32 only
  25  * @author Christian Grothoff
  26  *
  27  * This program will send ONE ICMP message every 500 ms RAW sockets
  28  * to a DUMMY IP address and also listens for ICMP replies.  Since
  29  * it uses RAW sockets, it must be run as an administrative user.
  30  * In order to keep the security risk of the resulting binary
  31  * minimal, the program ONLY opens the two RAW sockets with administrative
  32  * privileges, then drops them and only then starts to process
  33  * command line arguments.  The code also does not link against
  34  * any shared libraries (except libc) and is strictly minimal
  35  * (except for checking for errors).  The following list of people
  36  * have reviewed this code and considered it safe since the last
  37  * modification (if you reviewed it, please have your name added
  38  * to the list):
  39  *
  40  * - Nathan Evans
  41  */
  42 #define _GNU_SOURCE
  43
  44
  45 #include <winsock2.h>
  46 #include <ws2tcpip.h>
  47 #include <sys/time.h>
  48 #include <sys/types.h>
  49 #include <unistd.h>
  50 #include <stdio.h>
  51 #include <string.h>
  52 #include <errno.h>
  53 #include <stdlib.h>
  54 #include <stdint.h>
  55 #include <time.h>
  56
  57 /**
  58  * Should we print some debug output?
  59  */
  60 #define VERBOSE 0
  61
  62 /**
  63  * TTL to use for our outgoing messages.
  64  */
  65 #define IPDEFTTL 64
  66
  67 #define ICMP_ECHO 8
  68
  69 #define ICMP_TIME_EXCEEDED      11      /* Time Exceeded */
  70
  71 /**
  72  * Must match IP given in the client.
  73  */
  74 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  75
  76 /**
  77  * How often do we send our ICMP messages to receive replies?
  78  */
  79 #define ICMP_SEND_FREQUENCY_MS 500
  80
  81 /**
  82  * IPv4 header.
  83  */
  84 struct ip_packet
  85 {
  86
  87   /**
  88    * Version (4 bits) + Internet header length (4 bits)
  89    */
  90   u_char vers_ihl;
  91
  92   /**
  93    * Type of service
  94    */
  95   u_char tos;
  96
  97   /**
  98    * Total length
  99    */
 100   u_short pkt_len;
 101
 102   /**
 103    * Identification
 104    */
 105   u_short id;
 106
 107   /**
 108    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
 109    */
 110   u_short flags_frag_offset;
 111
 112   /**
 113    * Time to live
 114    */
 115   u_char  ttl;
 116
 117   /**
 118    * Protocol
 119    */
 120   u_char  proto;
 121
 122   /**
 123    * Header checksum
 124    */
 125   u_short checksum;
 126
 127   /**
 128    * Source address
 129    */
 130   u_long  src_ip;
 131
 132   /**
 133    * Destination address
 134    */
 135   u_long  dst_ip;
 136 };
 137
 138 /**
 139  * Format of ICMP packet.
 140  */
 141 struct icmp_packet
 142 {
 143   uint8_t type;
 144   uint8_t code;
 145   uint16_t checksum;
 146   uint32_t reserved;
 147 };
 148
 149 /**
 150  * Beginning of UDP packet.
 151  */
 152 struct udp_packet
 153 {
 154   uint16_t src_port;
 155
 156   uint16_t dst_port;
 157
 158   uint32_t length;
 159 };
 160
 161 static SOCKET icmpsock;
 162
 163 static SOCKET rawsock;
 164
 165 static struct in_addr dummy;
 166
 167 /**
 168  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 169  */
 170 static uint16_t
 171 calc_checksum(const uint16_t *data,
 172               unsigned int bytes)
 173 {
 174   uint32_t sum;
 175   unsigned int i;
 176
 177   sum = 0;
 178   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 179     sum += data[i];
 180   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 181   sum = htons(0xffff - sum);
 182   return sum;
 183 }
 184
 185 /**
 186  * Convert IPv4 address from text to binary form.
 187  *
 188  * @param af address family
 189  * @param cp the address to print
 190  * @param buf where to write the address result
 191  */
 192 static int
 193 inet_pton (int af,
 194            const char *cp,
 195            struct in_addr *buf)
 196 {
 197   buf->s_addr = inet_addr(cp);
 198   if (buf->s_addr == INADDR_NONE)
 199     {
 200       fprintf(stderr,
 201               "Error %d handling address %s",
 202               WSAGetLastError(),
 203               cp);
 204       return 0;
 205     }
 206   return 1;
 207 }
 208
 209
 210 /**
 211  * Send an ICMP message to the dummy IP.
 212  *
 213  * @param my_ip source address (our ip address)
 214  */
 215 static void
 216 send_icmp_echo (const struct in_addr *my_ip)
 217 {
 218   struct icmp_packet icmp_echo;
 219   struct sockaddr_in dst;
 220   size_t off;
 221   int err;
 222   struct ip_packet ip_pkt;
 223   struct icmp_packet icmp_pkt;
 224   char packet[sizeof (ip_pkt) + sizeof (icmp_pkt)];
 225
 226   off = 0;
 227   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 228   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 229   ip_pkt.tos = 0;
 230   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet);
 231   ip_pkt.id = htons (256);
 232   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 233   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 234   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 235   ip_pkt.checksum = 0;
 236   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 237   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 238   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 239   memcpy (packet, &ip_pkt, sizeof (ip_pkt));
 240   off += sizeof (ip_pkt);
 241
 242   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 243   icmp_echo.code = 0;
 244   icmp_echo.reserved = 0;
 245   icmp_echo.checksum = 0;
 246   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 247                                            sizeof (struct icmp_packet)));
 248   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof (icmp_echo));
 249   off += sizeof (icmp_echo);
 250
 251   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 252   dst.sin_family = AF_INET;
 253   dst.sin_addr = dummy;
 254   err = sendto(rawsock,
 255                packet, off, 0,
 256                (struct sockaddr*)&dst,
 257                sizeof(dst));
 258   if (err < 0)
 259     {
 260 #if VERBOSE
 261       fprintf(stderr,
 262               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 263 #endif
 264     }
 265   else if (err != off)
 266     {
 267       fprintf(stderr,
 268               "Error: partial send of ICMP message\n");
 269     }
 270 }
 271
 272
 273 static void
 274 process_icmp_response ()
 275 {
 276   char buf[65536];
 277   ssize_t have;
 278   struct in_addr sip;
 279   struct ip_packet ip_pkt;
 280   struct icmp_packet icmp_pkt;
 281   struct udp_packet udp_pkt;
 282   size_t off;
 283   int have_port;
 284   int have_udp;
 285   uint32_t port;
 286
 287   have = read (icmpsock, buf, sizeof (buf));
 288   if (have == -1)
 289     {
 290       fprintf (stderr,
 291                "Error reading raw socket: %s\n",
 292                strerror (errno));
 293       return;
 294     }
 295   have_port = 0;
 296 #if VERBOSE
 297   fprintf (stderr,
 298            "Received message of %u bytes\n",
 299            (unsigned int) have);
 300 #endif
 301   if (have == sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2 + sizeof(uint32_t))
 302     {
 303       have_port = 1;
 304     }
 305   else if (have != sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2)
 306     {
 307 #if VERBOSE
 308       fprintf (stderr,
 309                "Received ICMP message of unexpected size: %u bytes\n",
 310                (unsigned int) have);
 311 #endif
 312       return;
 313     }
 314   off = 0;
 315   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 316   off += sizeof (ip_pkt);
 317   memcpy (&icmp_pkt, &buf[off], sizeof (icmp_pkt));
 318   off += sizeof (icmp_pkt);
 319   if ( ((ip_pkt.proto != IPPROTO_ICMP) && (ip_pkt.proto != IPPROTO_UDP)) ||
 320        (icmp_pkt.type != ICMP_TIME_EXCEEDED) ||
 321        (icmp_pkt.code != 0) )
 322     {
 323       /* maybe we got an actual reply back... */
 324       return;
 325     }
 326   memcpy(&sip,
 327          &ip_pkt.src_ip,
 328          sizeof (sip));
 329   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 330   off += sizeof (ip_pkt);
 331   have_udp = (ip_pkt.proto == IPPROTO_UDP);
 332
 333   if (have_port)
 334     {
 335       memcpy(&port,
 336              &buf[sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2],
 337              sizeof(uint32_t));
 338       port = ntohs(port);
 339       DWORD ssize = sizeof(buf);
 340       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 341                          sizeof(sip),
 342                          NULL,
 343                          buf,
 344                          &ssize);
 345       fprintf (stdout,
 346                "%s:%d\n",
 347                buf,
 348                port);
 349     }
 350   else if (have_udp)
 351     {
 352       memcpy(&udp_pkt,
 353              &buf[off],
 354              sizeof(udp_pkt));
 355       DWORD ssize = sizeof(buf);
 356       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 357                          sizeof(sip),
 358                          NULL,
 359                          buf,
 360                          &ssize);
 361       fprintf (stdout,
 362                "%s:%d\n",
 363                buf,
 364                ntohs((int)udp_pkt.length));
 365     }
 366   else
 367     {
 368       DWORD ssize = sizeof(buf);
 369       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 370                          sizeof(sip),
 371                          NULL,
 372                          buf,
 373                          &ssize);
 374       fprintf (stdout,
 375                "%s\n",
 376                buf);
 377     }
 378   fflush (stdout);
 379 }
 380
 381
 382 static SOCKET
 383 make_icmp_socket ()
 384 {
 385   SOCKET ret;
 386
 387   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 388   if (INVALID_SOCKET == ret)
 389     {
 390       fprintf (stderr,
 391                "Error opening RAW socket: %s\n",
 392                strerror (errno));
 393       return -1;
 394     }
 395   return ret;
 396 }
 397
 398
 399 static SOCKET
 400 make_raw_socket ()
 401 {
 402   DWORD bOptVal = TRUE;
 403   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 404
 405   rawsock = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 406   if (INVALID_SOCKET == rawsock)
 407     {
 408       fprintf (stderr,
 409                "Error opening RAW socket: %s\n",
 410                strerror (errno));
 411       return INVALID_SOCKET;
 412     }
 413
 414   if (setsockopt(rawsock,
 415                  SOL_SOCKET,
 416                  SO_BROADCAST,
 417                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 418     {
 419       fprintf(stderr,
 420               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 421               strerror (errno));
 422       closesocket(rawsock);
 423       return INVALID_SOCKET;
 424     }
 425   if (setsockopt(rawsock,
 426                  IPPROTO_IP,
 427                  IP_HDRINCL,
 428                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 429     {
 430       fprintf(stderr,
 431               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 432               strerror (errno));
 433       closesocket(rawsock);
 434       return INVALID_SOCKET;
 435     }
 436   return rawsock;
 437 }
 438
 439
 440 int
 441 main (int argc,
 442       char *const *argv)
 443 {
 444   struct in_addr external;
 445   fd_set rs;
 446   struct timeval tv;
 447   WSADATA wsaData;
 448
 449   if (argc != 2)
 450     {
 451       fprintf (stderr,
 452                "This program must be started with our (internal NAT) IP as the only argument.\n");
 453       return 1;
 454     }
 455   if (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external))
 456     {
 457       fprintf (stderr,
 458                "Error parsing IPv4 address: %s, error %s\n",
 459                argv[1], strerror (errno));
 460       return 1;
 461     }
 462   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 463     {
 464       fprintf (stderr,
 465                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 466       return 2;
 467     }
 468   if (WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData) != 0)
 469     {
 470       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 471       return 2;
 472     }
 473   if (-1 == (icmpsock = make_icmp_socket()))
 474     {
 475       return 3;
 476     }
 477   if (-1 == (make_raw_socket()))
 478     {
 479       closesocket (icmpsock);
 480       return 3;
 481     }
 482   while (1)
 483     {
 484       FD_ZERO (&rs);
 485       FD_SET (icmpsock, &rs);
 486       tv.tv_sec = 0;
 487       tv.tv_usec = ICMP_SEND_FREQUENCY_MS * 1000;
 488       if (0 != select (icmpsock + 1, &rs, NULL, NULL, &tv))
 489         {
 490           if (errno == EINTR)
 491             continue;
 492           fprintf (stderr,
 493                    "select failed: %s\n",
 494                    strerror (errno));
 495           break;
 496         }
 497       if (FD_ISSET (icmpsock, &rs))
 498         process_icmp_response ();
 499       send_icmp_echo (&external);
 500     }
 501   closesocket(icmpsock);
 502   closesocket(rawsock);
 503   WSACleanup ();
 504   return 4; /* select failed! */
 505 }
 506
 507
 508 /* end of gnunet-nat-server-windows.c */