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 #define IPDEFTTL 64
  63
  64 #define ICMP_ECHO 8
  65
  66 #define ICMP_TIME_EXCEEDED      11      /* Time Exceeded
  67
  68 /**
  69  * Must match IP given in the client.
  70  */
  71 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  72
  73 /**
  74  * How often do we send our ICMP messages to receive replies?
  75  */
  76 #define ICMP_SEND_FREQUENCY_MS 500
  77
  78 /**
  79  * IPv4 header.
  80  */
  81 struct ip_packet
  82 {
  83
  84   /**
  85    * Version (4 bits) + Internet header length (4 bits)
  86    */
  87   u_char vers_ihl;
  88
  89   /**
  90    * Type of service
  91    */
  92   u_char tos;
  93
  94   /**
  95    * Total length
  96    */
  97   u_short pkt_len;
  98
  99   /**
 100    * Identification
 101    */
 102   u_short id;
 103
 104   /**
 105    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
 106    */
 107   u_short flags_frag_offset;
 108
 109   /**
 110    * Time to live
 111    */
 112   u_char  ttl;
 113
 114   /**
 115    * Protocol
 116    */
 117   u_char  proto;
 118
 119   /**
 120    * Header checksum
 121    */
 122   u_short checksum;
 123
 124   /**
 125    * Source address
 126    */
 127   u_long  src_ip;
 128
 129   /**
 130    * Destination address
 131    */
 132   u_long  dst_ip;
 133 };
 134
 135 /**
 136  * Format of ICMP packet.
 137  */
 138 struct icmp_packet
 139 {
 140   uint8_t type;
 141   uint8_t code;
 142   uint16_t checksum;
 143   uint32_t reserved;
 144 };
 145
 146 /**
 147  * Beginning of UDP packet.
 148  */
 149 struct udp_packet
 150 {
 151   uint16_t src_port;
 152
 153   uint16_t dst_port;
 154
 155   uint32_t length;
 156 };
 157
 158 static SOCKET icmpsock;
 159
 160 static SOCKET rawsock;
 161
 162 static struct in_addr dummy;
 163
 164 /**
 165  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 166  */
 167 static uint16_t
 168 calc_checksum(const uint16_t *data,
 169               unsigned int bytes)
 170 {
 171   uint32_t sum;
 172   unsigned int i;
 173
 174   sum = 0;
 175   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 176     sum += data[i];
 177   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 178   sum = htons(0xffff - sum);
 179   return sum;
 180 }
 181
 182 /**
 183  * Convert IPv4 address from text to binary form.
 184  *
 185  * @param af address family
 186  * @param cp the address to print
 187  * @param buf where to write the address result
 188  */
 189 static int
 190 inet_pton (int af,
 191            const char *cp,
 192            struct in_addr *buf)
 193 {
 194   buf->s_addr = inet_addr(cp);
 195   if (buf->s_addr == INADDR_NONE)
 196     {
 197       fprintf(stderr,
 198               "Error %d handling address %s",
 199               WSAGetLastError(),
 200               cp);
 201       return 0;
 202     }
 203   return 1;
 204 }
 205
 206
 207 /**
 208  * Send an ICMP message to the dummy IP.
 209  *
 210  * @param my_ip source address (our ip address)
 211  */
 212 static void
 213 send_icmp_echo (const struct in_addr *my_ip)
 214 {
 215   struct icmp_packet icmp_echo;
 216   struct sockaddr_in dst;
 217   size_t off;
 218   int err;
 219   struct ip_packet ip_pkt;
 220   struct icmp_packet icmp_pkt;
 221   char packet[sizeof (ip_pkt) + sizeof (icmp_pkt)];
 222
 223   off = 0;
 224   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 225   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 226   ip_pkt.tos = 0;
 227   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet);
 228   ip_pkt.id = htons (256);
 229   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 230   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 231   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 232   ip_pkt.checksum = 0;
 233   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 234   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 235   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 236   memcpy (packet, &ip_pkt, sizeof (ip_pkt));
 237   off += sizeof (ip_pkt);
 238
 239   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 240   icmp_echo.code = 0;
 241   icmp_echo.reserved = 0;
 242   icmp_echo.checksum = 0;
 243   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 244                                            sizeof (struct icmp_packet)));
 245   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof (icmp_echo));
 246   off += sizeof (icmp_echo);
 247
 248   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 249   dst.sin_family = AF_INET;
 250   dst.sin_addr = dummy;
 251   err = sendto(rawsock,
 252                packet, off, 0,
 253                (struct sockaddr*)&dst,
 254                sizeof(dst));
 255   if (err < 0)
 256     {
 257 #if VERBOSE
 258       fprintf(stderr,
 259               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 260 #endif
 261     }
 262   else if (err != off)
 263     {
 264       fprintf(stderr,
 265               "Error: partial send of ICMP message\n");
 266     }
 267 }
 268
 269
 270 static void
 271 process_icmp_response ()
 272 {
 273   char buf[65536];
 274   ssize_t have;
 275   struct in_addr sip;
 276   struct ip_packet ip_pkt;
 277   struct icmp_packet icmp_pkt;
 278   struct udp_packet udp_pkt;
 279   size_t off;
 280   int have_port;
 281   int have_udp;
 282   uint32_t port;
 283
 284   have = read (icmpsock, buf, sizeof (buf));
 285   if (have == -1)
 286     {
 287       fprintf (stderr,
 288                "Error reading raw socket: %s\n",
 289                strerror (errno));
 290       return;
 291     }
 292   have_port = 0;
 293 #if VERBOSE
 294   fprintf (stderr,
 295            "Received message of %u bytes\n",
 296            (unsigned int) have);
 297 #endif
 298   if (have == sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2 + sizeof(uint32_t))
 299     {
 300       have_port = 1;
 301     }
 302   else if (have != sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2)
 303     {
 304 #if VERBOSE
 305       fprintf (stderr,
 306                "Received ICMP message of unexpected size: %u bytes\n",
 307                (unsigned int) have);
 308 #endif
 309       return;
 310     }
 311   off = 0;
 312   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 313   off += sizeof (ip_pkt);
 314   memcpy (&icmp_pkt, &buf[off], sizeof (icmp_pkt));
 315   off += sizeof (icmp_pkt);
 316   if ( ((ip_pkt.proto != IPPROTO_ICMP) && (ip_pkt.proto != IPPROTO_UDP)) ||
 317        (icmp_pkt.type != ICMP_TIME_EXCEEDED) ||
 318        (icmp_pkt.code != 0) )
 319     {
 320       /* maybe we got an actual reply back... */
 321       return;
 322     }
 323   memcpy(&sip,
 324          &ip_pkt.src_ip,
 325          sizeof (sip));
 326   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 327   off += sizeof (ip_pkt);
 328   have_udp = (ip_pkt.proto == IPPROTO_UDP);
 329
 330   if (have_port)
 331     {
 332       memcpy(&port,
 333              &buf[sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2],
 334              sizeof(uint32_t));
 335       port = ntohs(port);
 336       DWORD ssize = sizeof(buf);
 337       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 338                          sizeof(sip),
 339                          NULL,
 340                          buf,
 341                          &ssize);
 342       fprintf (stdout,
 343                "%s:%d\n",
 344                buf,
 345                port);
 346     }
 347   else if (have_udp)
 348     {
 349       memcpy(&udp_pkt,
 350              &buf[off],
 351              sizeof(udp_pkt));
 352       DWORD ssize = sizeof(buf);
 353       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 354                          sizeof(sip),
 355                          NULL,
 356                          buf,
 357                          &ssize);
 358       fprintf (stdout,
 359                "%s:%d\n",
 360                buf,
 361                ntohs((int)udp_pkt.length));
 362     }
 363   else
 364     {
 365       DWORD ssize = sizeof(buf);
 366       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 367                          sizeof(sip),
 368                          NULL,
 369                          buf,
 370                          &ssize);
 371       fprintf (stdout,
 372                "%s\n",
 373                buf);
 374     }
 375   fflush (stdout);
 376 }
 377
 378
 379 static SOCKET
 380 make_icmp_socket ()
 381 {
 382   SOCKET ret;
 383
 384   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 385   if (INVALID_SOCKET == ret)
 386     {
 387       fprintf (stderr,
 388                "Error opening RAW socket: %s\n",
 389                strerror (errno));
 390       return -1;
 391     }
 392   return ret;
 393 }
 394
 395
 396 static SOCKET
 397 make_raw_socket ()
 398 {
 399   DWORD bOptVal = TRUE;
 400   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 401
 402   rawsock = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 403   if (INVALID_SOCKET == rawsock)
 404     {
 405       fprintf (stderr,
 406                "Error opening RAW socket: %s\n",
 407                strerror (errno));
 408       return INVALID_SOCKET;
 409     }
 410
 411   if (setsockopt(rawsock,
 412                  SOL_SOCKET,
 413                  SO_BROADCAST,
 414                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 415     {
 416       fprintf(stderr,
 417               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 418               strerror (errno));
 419       closesocket(rawsock);
 420       return INVALID_SOCKET;
 421     }
 422   if (setsockopt(rawsock,
 423                  IPPROTO_IP,
 424                  IP_HDRINCL,
 425                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 426     {
 427       fprintf(stderr,
 428               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 429               strerror (errno));
 430       closesocket(rawsock);
 431       return INVALID_SOCKET;
 432     }
 433   return rawsock;
 434 }
 435
 436
 437 int
 438 main (int argc,
 439       char *const *argv)
 440 {
 441   struct in_addr external;
 442   fd_set rs;
 443   struct timeval tv;
 444   WSADATA wsaData;
 445
 446   if (argc != 2)
 447     {
 448       fprintf (stderr,
 449                "This program must be started with our (internal NAT) IP as the only argument.\n");
 450       return 1;
 451     }
 452   if (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external))
 453     {
 454       fprintf (stderr,
 455                "Error parsing IPv4 address: %s, error %s\n",
 456                argv[1], strerror (errno));
 457       return 1;
 458     }
 459   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 460     {
 461       fprintf (stderr,
 462                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 463       return 2;
 464     }
 465   if (WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData) != 0)
 466     {
 467       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 468       return 2;
 469     }
 470   if (-1 == (icmpsock = make_icmp_socket()))
 471     {
 472       return 3;
 473     }
 474   if (-1 == (make_raw_socket()))
 475     {
 476       closesocket (icmpsock);
 477       return 3;
 478     }
 479   while (1)
 480     {
 481       FD_ZERO (&rs);
 482       FD_SET (icmpsock, &rs);
 483       tv.tv_sec = 0;
 484       tv.tv_usec = ICMP_SEND_FREQUENCY_MS * 1000;
 485       if (0 != select (icmpsock + 1, &rs, NULL, NULL, &tv))
 486         {
 487           if (errno == EINTR)
 488             continue;
 489           fprintf (stderr,
 490                    "select failed: %s\n",
 491                    strerror (errno));
 492           break;
 493         }
 494       if (FD_ISSET (icmpsock, &rs))
 495         process_icmp_response ();
 496       send_icmp_echo (&external);
 497     }
 498   closesocket(icmpsock);
 499   closesocket(rawsock);
 500   WSACleanup ();
 501   return 4; /* select failed! */
 502 }
 503
 504
 505 /* end of gnunet-nat-server-windows.c */