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  * Must match IP given in the client.
  64  */
  65 #define DUMMY_IP "192.0.2.86"
  66
  67 /**
  68  * TTL to use for our outgoing messages.
  69  */
  70 #define IPDEFTTL 64
  71
  72 #define ICMP_ECHO 8
  73
  74 #define ICMP_TIME_EXCEEDED      11      /* Time Exceeded */
  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   uint8_t vers_ihl;
  91
  92   /**
  93    * Type of service
  94    */
  95   uint8_t tos;
  96
  97   /**
  98    * Total length
  99    */
 100   uint16_t pkt_len;
 101
 102   /**
 103    * Identification
 104    */
 105   uint16_t id;
 106
 107   /**
 108    * Flags (3 bits) + Fragment offset (13 bits)
 109    */
 110   uint16_t flags_frag_offset;
 111
 112   /**
 113    * Time to live
 114    */
 115   uint8_t  ttl;
 116
 117   /**
 118    * Protocol
 119    */
 120   uint8_t  proto;
 121
 122   /**
 123    * Header checksum
 124    */
 125   uint16_t checksum;
 126
 127   /**
 128    * Source address
 129    */
 130   uint32_t  src_ip;
 131
 132   /**
 133    * Destination address
 134    */
 135   uint32_t  dst_ip;
 136 };
 137
 138 /**
 139  * Format of ICMP packet.
 140  */
 141 struct icmp_packet
 142 {
 143   uint8_t type;
 144
 145   uint8_t code;
 146
 147   uint16_t checksum;
 148
 149   uint32_t reserved;
 150 };
 151
 152 /**
 153  * Beginning of UDP packet.
 154  */
 155 struct udp_packet
 156 {
 157   uint16_t src_port;
 158
 159   uint16_t dst_port;
 160
 161   uint32_t length;
 162 };
 163
 164 /**
 165  * Socket we use to receive "fake" ICMP replies.
 166  */
 167 static SOCKET icmpsock;
 168
 169 /**
 170  * Socket we use to send our ICMP requests.
 171  */
 172 static SOCKET rawsock;
 173
 174 /**
 175  * Socket we use to send our UDP requests.
 176  */
 177 static SOCKET udpsock;
 178
 179 /**
 180  * Target "dummy" address.
 181  */
 182 static struct in_addr dummy;
 183
 184
 185 /**
 186  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 187  *
 188  * @param data what to calculate the CRC over
 189  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 190  * @return the CRC 16.
 191  */
 192 static uint16_t
 193 calc_checksum(const uint16_t *data,
 194               unsigned int bytes)
 195 {
 196   uint32_t sum;
 197   unsigned int i;
 198
 199   sum = 0;
 200   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 201     sum += data[i];
 202   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 203   sum = htons(0xffff - sum);
 204   return sum;
 205 }
 206
 207
 208 /**
 209  * Convert IPv4 address from text to binary form.
 210  *
 211  * @param af address family
 212  * @param cp the address to print
 213  * @param buf where to write the address result
 214  * @return 1 on success
 215  */
 216 static int
 217 inet_pton (int af,
 218            const char *cp,
 219            struct in_addr *buf)
 220 {
 221   buf->s_addr = inet_addr(cp);
 222   if (buf->s_addr == INADDR_NONE)
 223     {
 224       fprintf(stderr,
 225               "Error %d handling address %s",
 226               WSAGetLastError(),
 227               cp);
 228       return 0;
 229     }
 230   return 1;
 231 }
 232
 233
 234 /**
 235  * Send an ICMP message to the dummy IP.
 236  *
 237  * @param my_ip source address (our ip address)
 238  */
 239 static void
 240 send_icmp_echo (const struct in_addr *my_ip)
 241 {
 242   struct icmp_packet icmp_echo;
 243   struct sockaddr_in dst;
 244   size_t off;
 245   int err;
 246   struct ip_packet ip_pkt;
 247   struct icmp_packet icmp_pkt;
 248   char packet[sizeof (ip_pkt) + sizeof (icmp_pkt)];
 249
 250   off = 0;
 251   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 252   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 253   ip_pkt.tos = 0;
 254   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet);
 255   ip_pkt.id = htons (256);
 256   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 257   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 258   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 259   ip_pkt.checksum = 0;
 260   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 261   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 262   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 263   memcpy (&packet[off], &ip_pkt, sizeof (ip_pkt));
 264   off += sizeof (ip_pkt);
 265
 266   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 267   icmp_echo.code = 0;
 268   icmp_echo.reserved = 0;
 269   icmp_echo.checksum = 0;
 270   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 271                                            sizeof (struct icmp_packet)));
 272   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof (icmp_echo));
 273   off += sizeof (icmp_echo);
 274
 275   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 276   dst.sin_family = AF_INET;
 277   dst.sin_addr = dummy;
 278   err = sendto(rawsock,
 279                packet, off, 0,
 280                (struct sockaddr*)&dst,
 281                sizeof(dst));
 282   if (err < 0)
 283     {
 284 #if VERBOSE
 285       fprintf(stderr,
 286               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 287 #endif
 288     }
 289   else if (err != off)
 290     {
 291       fprintf(stderr,
 292               "Error: partial send of ICMP message\n");
 293     }
 294 }
 295
 296
 297 /**
 298  * Send a UDP message to the dummy IP.
 299  *
 300  * @param my_ip source address (our ip address)
 301  */
 302 static void
 303 send_udp (const struct in_addr *my_ip)
 304 {
 305   struct sockaddr_in dst;
 306   ssize_t err;
 307
 308   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 309   dst.sin_family = AF_INET;
 310   dst.sin_addr = dummy;
 311   dst.sin_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 312   err = sendto(udpsock,
 313                NULL, 0, 0,
 314                (struct sockaddr*)&dst,
 315                sizeof(dst));
 316   if (err < 0)
 317     {
 318 #if VERBOSE
 319       fprintf(stderr,
 320               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 321 #endif
 322     }
 323   else if (err != 0)
 324     {
 325       fprintf(stderr,
 326               "Error: partial send of ICMP message\n");
 327     }
 328 }
 329
 330
 331 /**
 332  * We've received an ICMP response.  Process it.
 333  */
 334 static void
 335 process_icmp_response ()
 336 {
 337   char buf[65536];
 338   ssize_t have;
 339   struct in_addr sip;
 340   struct ip_packet ip_pkt;
 341   struct icmp_packet icmp_pkt;
 342   struct udp_packet udp_pkt;
 343   size_t off;
 344   int have_port;
 345   uint32_t port;
 346
 347   have = read (icmpsock, buf, sizeof (buf));
 348   if (have == -1)
 349     {
 350       fprintf (stderr,
 351                "Error reading raw socket: %s\n",
 352                strerror (errno));
 353       return;
 354     }
 355   have_port = 0;
 356 #if VERBOSE
 357   fprintf (stderr,
 358            "Received message of %u bytes\n",
 359            (unsigned int) have);
 360 #endif
 361   if (have == sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2 + sizeof(uint32_t))
 362     {
 363       have_port = 1;
 364     }
 365   else if (have != sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2)
 366     {
 367 #if VERBOSE
 368       fprintf (stderr,
 369                "Received ICMP message of unexpected size: %u bytes\n",
 370                (unsigned int) have);
 371 #endif
 372       return;
 373     }
 374   off = 0;
 375   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 376   off += sizeof (ip_pkt);
 377   memcpy (&icmp_pkt, &buf[off], sizeof (icmp_pkt));
 378   off += sizeof (icmp_pkt);
 379   if ( ((ip_pkt.proto != IPPROTO_ICMP) && (ip_pkt.proto != IPPROTO_UDP)) ||
 380        (icmp_pkt.type != ICMP_TIME_EXCEEDED) ||
 381        (icmp_pkt.code != 0) )
 382     {
 383       /* maybe we got an actual reply back... */
 384       return;
 385     }
 386   memcpy(&sip,
 387          &ip_pkt.src_ip,
 388          sizeof (sip));
 389   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 390   off += sizeof (ip_pkt);
 391
 392   if (have_port)
 393     {
 394       memcpy(&port,
 395              &buf[sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2],
 396              sizeof(uint32_t));
 397       port = ntohs(port);
 398       DWORD ssize = sizeof(buf);
 399       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 400                          sizeof(sip),
 401                          NULL,
 402                          buf,
 403                          &ssize);
 404       fprintf (stdout,
 405                "%s:%d\n",
 406                buf,
 407                port);
 408     }
 409   else if (ip_pkt.proto == IPPROTO_UDP)
 410     {
 411       memcpy(&udp_pkt,
 412              &buf[off],
 413              sizeof(udp_pkt));
 414       DWORD ssize = sizeof(buf);
 415       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 416                          sizeof(sip),
 417                          NULL,
 418                          buf,
 419                          &ssize);
 420       fprintf (stdout,
 421                "%s:%d\n",
 422                buf,
 423                ntohs((uint16_t)udp_pkt.length));
 424     }
 425   else
 426     {
 427       DWORD ssize = sizeof(buf);
 428       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 429                          sizeof(sip),
 430                          NULL,
 431                          buf,
 432                          &ssize);
 433       fprintf (stdout,
 434                "%s\n",
 435                buf);
 436     }
 437   fflush (stdout);
 438 }
 439
 440
 441 /**
 442  * Create an ICMP raw socket for reading.
 443  *
 444  * @return INVALID_SOCKET on error
 445  */
 446 static SOCKET
 447 make_icmp_socket ()
 448 {
 449   SOCKET ret;
 450
 451   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 452   if (INVALID_SOCKET == ret)
 453     {
 454       fprintf (stderr,
 455                "Error opening RAW socket: %s\n",
 456                strerror (errno));
 457       return INVALID_SOCKET;
 458     }
 459   return ret;
 460 }
 461
 462
 463 /**
 464  * Create an ICMP raw socket for writing.
 465  *
 466  * @return INVALID_SOCKET on error
 467  */
 468 static SOCKET
 469 make_raw_socket ()
 470 {
 471   DWORD bOptVal = TRUE;
 472   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 473
 474   rawsock = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 475   if (INVALID_SOCKET == rawsock)
 476     {
 477       fprintf (stderr,
 478                "Error opening RAW socket: %s\n",
 479                strerror (errno));
 480       return INVALID_SOCKET;
 481     }
 482
 483   if (setsockopt(rawsock,
 484                  SOL_SOCKET,
 485                  SO_BROADCAST,
 486                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 487     {
 488       fprintf(stderr,
 489               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 490               strerror (errno));
 491       closesocket(rawsock);
 492       return INVALID_SOCKET;
 493     }
 494   if (setsockopt(rawsock,
 495                  IPPROTO_IP,
 496                  IP_HDRINCL,
 497                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 498     {
 499       fprintf(stderr,
 500               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 501               strerror (errno));
 502       closesocket(rawsock);
 503       return INVALID_SOCKET;
 504     }
 505   return rawsock;
 506 }
 507
 508
 509 /**
 510  * Create a UDP socket for writinging.
 511  *
 512  * @return -1 on error
 513  */
 514 static SOCKET
 515 make_udp_socket ()
 516 {
 517   SOCKET ret;
 518   struct sockaddr_in addr;
 519
 520   ret = socket (AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 521   if (INVALID_SOCKET == ret)
 522     {
 523       fprintf (stderr,
 524                "Error opening UDP socket: %s\n",
 525                strerror (errno));
 526       return INVALID_SOCKET;
 527     }
 528   memset (&addr, 0, sizeof (addr));
 529   addr.sin_family = AF_INET;
 530   /* addr.sin_addr zero == ours (hopefully...) */
 531   addr.sin_port = htons (NAT_TRAV_PORT);
 532
 533   if (0 != bind (ret,
 534                  &addr,
 535                  sizeof(addr)))
 536     {
 537       fprintf (stderr,
 538                "Error binding UDP socket to port %u: %s\n",
 539                NAT_TRAV_PORT,
 540                strerror (errno));
 541       /* likely problematic, but not certain, try to continue */
 542     }
 543   return ret;
 544 }
 545
 546
 547 int
 548 main (int argc,
 549       char *const *argv)
 550 {
 551   struct in_addr external;
 552   fd_set rs;
 553   struct timeval tv;
 554   WSADATA wsaData;
 555   unsigned int alt;
 556
 557   if (argc != 2)
 558     {
 559       fprintf (stderr,
 560                "This program must be started with our (internal NAT) IP as the only argument.\n");
 561       return 1;
 562     }
 563   if (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external))
 564     {
 565       fprintf (stderr,
 566                "Error parsing IPv4 address: %s, error %s\n",
 567                argv[1], strerror (errno));
 568       return 1;
 569     }
 570   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 571     {
 572       fprintf (stderr,
 573                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 574       return 2;
 575     }
 576   if (WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData) != 0)
 577     {
 578       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 579       return 2;
 580     }
 581   if (INVALID_SOCKET == (icmpsock = make_icmp_socket()))
 582     {
 583       return 3;
 584     }
 585   if (INVALID_SOCKET == (make_raw_socket()))
 586     {
 587       closesocket (icmpsock);
 588       return 3;
 589     }
 590   if (INVALID_SOCKET == (udpsock = make_udp_socket()))
 591     {
 592       closesocket (icmpsock);
 593       closesocket (rawsock);
 594       return 3;
 595     }
 596   while (1)
 597     {
 598       FD_ZERO (&rs);
 599       FD_SET (icmpsock, &rs);
 600       tv.tv_sec = 0;
 601       tv.tv_usec = ICMP_SEND_FREQUENCY_MS * 1000;
 602       if (-1 == select (icmpsock + 1, &rs, NULL, NULL, &tv))
 603         {
 604           if (errno == EINTR)
 605             continue;
 606           fprintf (stderr,
 607                    "select failed: %s\n",
 608                    strerror (errno));
 609           break;
 610         }
 611       if (FD_ISSET (icmpsock, &rs))
 612         process_icmp_response ();
 613       if (0 == (++alt % 2))
 614         send_icmp_echo (&external);
 615       else
 616         send_udp (&external);
 617     }
 618   /* select failed (internal error or OS out of resources) */
 619   closesocket(icmpsock);
 620   closesocket(rawsock);
 621   closesocket(udpsock);
 622   WSACleanup ();
 623   return 4;
 624 }
 625
 626
 627 /* end of gnunet-nat-server-windows.c */