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
 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  * Target "dummy" address.
 176  */
 177 static struct in_addr dummy;
 178
 179
 180 /**
 181  * CRC-16 for IP/ICMP headers.
 182  *
 183  * @param data what to calculate the CRC over
 184  * @param bytes number of bytes in data (must be multiple of 2)
 185  * @return the CRC 16.
 186  */
 187 static uint16_t
 188 calc_checksum(const uint16_t *data,
 189               unsigned int bytes)
 190 {
 191   uint32_t sum;
 192   unsigned int i;
 193
 194   sum = 0;
 195   for (i=0;i<bytes/2;i++)
 196     sum += data[i];
 197   sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
 198   sum = htons(0xffff - sum);
 199   return sum;
 200 }
 201
 202
 203 /**
 204  * Convert IPv4 address from text to binary form.
 205  *
 206  * @param af address family
 207  * @param cp the address to print
 208  * @param buf where to write the address result
 209  * @return 1 on success
 210  */
 211 static int
 212 inet_pton (int af,
 213            const char *cp,
 214            struct in_addr *buf)
 215 {
 216   buf->s_addr = inet_addr(cp);
 217   if (buf->s_addr == INADDR_NONE)
 218     {
 219       fprintf(stderr,
 220               "Error %d handling address %s",
 221               WSAGetLastError(),
 222               cp);
 223       return 0;
 224     }
 225   return 1;
 226 }
 227
 228
 229 /**
 230  * Send an ICMP message to the dummy IP.
 231  *
 232  * @param my_ip source address (our ip address)
 233  */
 234 static void
 235 send_icmp_echo (const struct in_addr *my_ip)
 236 {
 237   struct icmp_packet icmp_echo;
 238   struct sockaddr_in dst;
 239   size_t off;
 240   int err;
 241   struct ip_packet ip_pkt;
 242   struct icmp_packet icmp_pkt;
 243   char packet[sizeof (ip_pkt) + sizeof (icmp_pkt)];
 244
 245   off = 0;
 246   memset(&ip_pkt, 0, sizeof(ip_pkt));
 247   ip_pkt.vers_ihl = 0x45;
 248   ip_pkt.tos = 0;
 249   ip_pkt.pkt_len = sizeof (packet);
 250   ip_pkt.id = htons (256);
 251   ip_pkt.flags_frag_offset = 0;
 252   ip_pkt.ttl = IPDEFTTL;
 253   ip_pkt.proto = IPPROTO_ICMP;
 254   ip_pkt.checksum = 0;
 255   ip_pkt.src_ip = my_ip->s_addr;
 256   ip_pkt.dst_ip = dummy.s_addr;
 257   ip_pkt.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*)&ip_pkt, sizeof (ip_pkt)));
 258   memcpy (packet, &ip_pkt, sizeof (ip_pkt));
 259   off += sizeof (ip_pkt);
 260
 261   icmp_echo.type = ICMP_ECHO;
 262   icmp_echo.code = 0;
 263   icmp_echo.reserved = 0;
 264   icmp_echo.checksum = 0;
 265   icmp_echo.checksum = htons(calc_checksum((uint16_t*) &icmp_echo,
 266                                            sizeof (struct icmp_packet)));
 267   memcpy (&packet[off], &icmp_echo, sizeof (icmp_echo));
 268   off += sizeof (icmp_echo);
 269
 270   memset (&dst, 0, sizeof (dst));
 271   dst.sin_family = AF_INET;
 272   dst.sin_addr = dummy;
 273   err = sendto(rawsock,
 274                packet, off, 0,
 275                (struct sockaddr*)&dst,
 276                sizeof(dst));
 277   if (err < 0)
 278     {
 279 #if VERBOSE
 280       fprintf(stderr,
 281               "sendto failed: %s\n", strerror(errno));
 282 #endif
 283     }
 284   else if (err != off)
 285     {
 286       fprintf(stderr,
 287               "Error: partial send of ICMP message\n");
 288     }
 289 }
 290
 291
 292 /**
 293  * We've received an ICMP response.  Process it.
 294  */
 295 static void
 296 process_icmp_response ()
 297 {
 298   char buf[65536];
 299   ssize_t have;
 300   struct in_addr sip;
 301   struct ip_packet ip_pkt;
 302   struct icmp_packet icmp_pkt;
 303   struct udp_packet udp_pkt;
 304   size_t off;
 305   int have_port;
 306   int have_udp;
 307   uint32_t port;
 308
 309   have = read (icmpsock, buf, sizeof (buf));
 310   if (have == -1)
 311     {
 312       fprintf (stderr,
 313                "Error reading raw socket: %s\n",
 314                strerror (errno));
 315       return;
 316     }
 317   have_port = 0;
 318 #if VERBOSE
 319   fprintf (stderr,
 320            "Received message of %u bytes\n",
 321            (unsigned int) have);
 322 #endif
 323   if (have == sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2 + sizeof(uint32_t))
 324     {
 325       have_port = 1;
 326     }
 327   else if (have != sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2)
 328     {
 329 #if VERBOSE
 330       fprintf (stderr,
 331                "Received ICMP message of unexpected size: %u bytes\n",
 332                (unsigned int) have);
 333 #endif
 334       return;
 335     }
 336   off = 0;
 337   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 338   off += sizeof (ip_pkt);
 339   memcpy (&icmp_pkt, &buf[off], sizeof (icmp_pkt));
 340   off += sizeof (icmp_pkt);
 341   if ( ((ip_pkt.proto != IPPROTO_ICMP) && (ip_pkt.proto != IPPROTO_UDP)) ||
 342        (icmp_pkt.type != ICMP_TIME_EXCEEDED) ||
 343        (icmp_pkt.code != 0) )
 344     {
 345       /* maybe we got an actual reply back... */
 346       return;
 347     }
 348   memcpy(&sip,
 349          &ip_pkt.src_ip,
 350          sizeof (sip));
 351   memcpy (&ip_pkt, &buf[off], sizeof (ip_pkt));
 352   off += sizeof (ip_pkt);
 353   have_udp = (ip_pkt.proto == IPPROTO_UDP);
 354
 355   if (have_port)
 356     {
 357       memcpy(&port,
 358              &buf[sizeof (struct ip_packet) *2 + sizeof (struct icmp_packet) * 2],
 359              sizeof(uint32_t));
 360       port = ntohs(port);
 361       DWORD ssize = sizeof(buf);
 362       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 363                          sizeof(sip),
 364                          NULL,
 365                          buf,
 366                          &ssize);
 367       fprintf (stdout,
 368                "%s:%d\n",
 369                buf,
 370                port);
 371     }
 372   else if (have_udp)
 373     {
 374       memcpy(&udp_pkt,
 375              &buf[off],
 376              sizeof(udp_pkt));
 377       DWORD ssize = sizeof(buf);
 378       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 379                          sizeof(sip),
 380                          NULL,
 381                          buf,
 382                          &ssize);
 383       fprintf (stdout,
 384                "%s:%d\n",
 385                buf,
 386                ntohs((int)udp_pkt.length));
 387     }
 388   else
 389     {
 390       DWORD ssize = sizeof(buf);
 391       WSAAddressToString((LPSOCKADDR)&sip,
 392                          sizeof(sip),
 393                          NULL,
 394                          buf,
 395                          &ssize);
 396       fprintf (stdout,
 397                "%s\n",
 398                buf);
 399     }
 400   fflush (stdout);
 401 }
 402
 403
 404 /**
 405  * Create an ICMP raw socket for reading.
 406  */
 407 static SOCKET
 408 make_icmp_socket ()
 409 {
 410   SOCKET ret;
 411
 412   ret = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 413   if (INVALID_SOCKET == ret)
 414     {
 415       fprintf (stderr,
 416                "Error opening RAW socket: %s\n",
 417                strerror (errno));
 418       return -1;
 419     }
 420   return ret;
 421 }
 422
 423
 424 /**
 425  * Create an ICMP raw socket for writing.
 426  */
 427 static SOCKET
 428 make_raw_socket ()
 429 {
 430   DWORD bOptVal = TRUE;
 431   int bOptLen = sizeof(bOptVal);
 432
 433   rawsock = socket (AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
 434   if (INVALID_SOCKET == rawsock)
 435     {
 436       fprintf (stderr,
 437                "Error opening RAW socket: %s\n",
 438                strerror (errno));
 439       return INVALID_SOCKET;
 440     }
 441
 442   if (setsockopt(rawsock,
 443                  SOL_SOCKET,
 444                  SO_BROADCAST,
 445                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 446     {
 447       fprintf(stderr,
 448               "Error setting SO_BROADCAST to ON: %s\n",
 449               strerror (errno));
 450       closesocket(rawsock);
 451       return INVALID_SOCKET;
 452     }
 453   if (setsockopt(rawsock,
 454                  IPPROTO_IP,
 455                  IP_HDRINCL,
 456                  (char*)&bOptVal, bOptLen) != 0)
 457     {
 458       fprintf(stderr,
 459               "Error setting IP_HDRINCL to ON: %s\n",
 460               strerror (errno));
 461       closesocket(rawsock);
 462       return INVALID_SOCKET;
 463     }
 464   return rawsock;
 465 }
 466
 467
 468 int
 469 main (int argc,
 470       char *const *argv)
 471 {
 472   struct in_addr external;
 473   fd_set rs;
 474   struct timeval tv;
 475   WSADATA wsaData;
 476
 477   if (argc != 2)
 478     {
 479       fprintf (stderr,
 480                "This program must be started with our (internal NAT) IP as the only argument.\n");
 481       return 1;
 482     }
 483   if (1 != inet_pton (AF_INET, argv[1], &external))
 484     {
 485       fprintf (stderr,
 486                "Error parsing IPv4 address: %s, error %s\n",
 487                argv[1], strerror (errno));
 488       return 1;
 489     }
 490   if (1 != inet_pton (AF_INET, DUMMY_IP, &dummy))
 491     {
 492       fprintf (stderr,
 493                "Internal error converting dummy IP to binary.\n");
 494       return 2;
 495     }
 496   if (WSAStartup (MAKEWORD (2, 1), &wsaData) != 0)
 497     {
 498       fprintf (stderr, "Failed to find Winsock 2.1 or better.\n");
 499       return 2;
 500     }
 501   if (-1 == (icmpsock = make_icmp_socket()))
 502     {
 503       return 3;
 504     }
 505   if (-1 == (make_raw_socket()))
 506     {
 507       closesocket (icmpsock);
 508       return 3;
 509     }
 510   while (1)
 511     {
 512       FD_ZERO (&rs);
 513       FD_SET (icmpsock, &rs);
 514       tv.tv_sec = 0;
 515       tv.tv_usec = ICMP_SEND_FREQUENCY_MS * 1000;
 516       if (0 != select (icmpsock + 1, &rs, NULL, NULL, &tv))
 517         {
 518           if (errno == EINTR)
 519             continue;
 520           fprintf (stderr,
 521                    "select failed: %s\n",
 522                    strerror (errno));
 523           break;
 524         }
 525       if (FD_ISSET (icmpsock, &rs))
 526         process_icmp_response ();
 527       send_icmp_echo (&external);
 528     }
 529   /* select failed (internal error or OS out of resources) */
 530   closesocket(icmpsock);
 531   closesocket(rawsock);
 532   WSACleanup ();
 533   return 4;
 534 }
 535
 536
 537 /* end of gnunet-nat-server-windows.c */