src/graph.c

   1 /*
   2     graph.c -- graph algorithms
   3     Copyright (C) 2001-2002 Guus Sliepen <guus@sliepen.eu.org>,
   4                   2001-2002 Ivo Timmermans <ivo@o2w.nl>
   5
   6     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   7     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9     (at your option) any later version.
  10
  11     This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14     GNU General Public License for more details.
  15
  16     You should have received a copy of the GNU General Public License
  17     along with this program; if not, write to the Free Software
  18     Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  19
  20     $Id: graph.c,v 1.1.2.17 2002/09/06 21:02:36 guus Exp $
  21 */
  22
  23 /* We need to generate two trees from the graph:
  24
  25    1. A minimum spanning tree for broadcasts,
  26    2. A single-source shortest path tree for unicasts.
  27
  28    Actually, the first one alone would suffice but would make unicast packets
  29    take longer routes than necessary.
  30
  31    For the MST algorithm we can choose from Prim's or Kruskal's. I personally
  32    favour Kruskal's, because we make an extra AVL tree of edges sorted on
  33    weights (metric). That tree only has to be updated when an edge is added or
  34    removed, and during the MST algorithm we just have go linearly through that
  35    tree, adding safe edges until #edges = #nodes - 1. The implementation here
  36    however is not so fast, because I tried to avoid having to make a forest and
  37    merge trees.
  38
  39    For the SSSP algorithm Dijkstra's seems to be a nice choice. Currently a
  40    simple breadth-first search is presented here.
  41
  42    The SSSP algorithm will also be used to determine whether nodes are directly,
  43    indirectly or not reachable from the source. It will also set the correct
  44    destination address and port of a node if possible.
  45 */
  46
  47 #include "config.h"
  48
  49 #include <stdio.h>
  50 #include <syslog.h>
  51 #include "config.h"
  52 #include <string.h>
  53 #ifdef HAVE_SYS_PARAM_H
  54  #include <sys/param.h>
  55 #endif
  56 #include <netinet/in.h>
  57
  58 #include <avl_tree.h>
  59 #include <utils.h>
  60
  61 #include "netutl.h"
  62 #include "node.h"
  63 #include "edge.h"
  64 #include "connection.h"
  65 #include "process.h"
  66 #include "device.h"
  67
  68 #include "system.h"
  69
  70 /* Implementation of Kruskal's algorithm.
  71    Running time: O(EN)
  72    Please note that sorting on weight is already done by add_edge().
  73 */
  74
  75 void mst_kruskal(void)
  76 {
  77   avl_node_t *node, *next;
  78   edge_t *e;
  79   node_t *n;
  80   connection_t *c;
  81   int nodes = 0;
  82   int safe_edges = 0;
  83   int skipped;
  84
  85   /* Clear MST status on connections */
  86
  87   for(node = connection_tree->head; node; node = node->next)
  88     {
  89       c = (connection_t *)node->data;
  90       c->status.mst = 0;
  91     }
  92
  93   /* Do we have something to do at all? */
  94
  95   if(!edge_weight_tree->head)
  96     return;
  97
  98   if(debug_lvl >= DEBUG_SCARY_THINGS)
  99     syslog(LOG_DEBUG, "Running Kruskal's algorithm:");
 100
 101   /* Clear visited status on nodes */
 102
 103   for(node = node_tree->head; node; node = node->next)
 104     {
 105       n = (node_t *)node->data;
 106       n->status.visited = 0;
 107       nodes++;
 108     }
 109
 110   /* Starting point */
 111
 112   ((edge_t *)edge_weight_tree->head->data)->from->status.visited = 1;
 113
 114   /* Add safe edges */
 115
 116   for(skipped = 0, node = edge_weight_tree->head; node; node = next)
 117     {
 118       next = node->next;
 119       e = (edge_t *)node->data;
 120
 121       if(!e->reverse || e->from->status.visited == e->to->status.visited)
 122         {
 123           skipped = 1;
 124           continue;
 125         }
 126
 127       e->from->status.visited = 1;
 128       e->to->status.visited = 1;
 129       if(e->connection)
 130         e->connection->status.mst = 1;
 131       if(e->reverse->connection)
 132         e->reverse->connection->status.mst = 1;
 133
 134       safe_edges++;
 135
 136       if(debug_lvl >= DEBUG_SCARY_THINGS)
 137         syslog(LOG_DEBUG, " Adding edge %s - %s weight %d", e->from->name, e->to->name, e->weight);
 138
 139       if(skipped)
 140         {
 141           skipped = 0;
 142           next = edge_weight_tree->head;
 143           continue;
 144         }
 145     }
 146
 147   if(debug_lvl >= DEBUG_SCARY_THINGS)
 148     syslog(LOG_DEBUG, "Done, counted %d nodes and %d safe edges.", nodes, safe_edges);
 149 }
 150
 151 /* Implementation of a simple breadth-first search algorithm.
 152    Running time: O(E)
 153 */
 154
 155 void sssp_bfs(void)
 156 {
 157   avl_node_t *node, *from, *next, *to;
 158   edge_t *e;
 159   node_t *n;
 160   avl_tree_t *todo_tree;
 161   int indirect;
 162   char *name;
 163   char *address, *port;
 164   char *envp[7];
 165   int i;
 166
 167   todo_tree = avl_alloc_tree(NULL, NULL);
 168
 169   /* Clear visited status on nodes */
 170
 171   for(node = node_tree->head; node; node = node->next)
 172     {
 173       n = (node_t *)node->data;
 174       n->status.visited = 0;
 175       n->status.indirect = 1;
 176     }
 177
 178   /* Begin with myself */
 179
 180   myself->status.visited = 1;
 181   myself->status.indirect = 0;
 182   myself->nexthop = myself;
 183   myself->via = myself;
 184   node = avl_alloc_node();
 185   node->data = myself;
 186   avl_insert_top(todo_tree, node);
 187
 188   /* Loop while todo_tree is filled */
 189
 190   while(todo_tree->head)
 191     {
 192       for(from = todo_tree->head; from; from = next)             /* "from" is the node from which we start */
 193         {
 194           next = from->next;
 195           n = (node_t *)from->data;
 196
 197           for(to = n->edge_tree->head; to; to = to->next)        /* "to" is the edge connected to "from" */
 198             {
 199               e = (edge_t *)to->data;
 200
 201               if(!e->reverse)
 202                 continue;
 203
 204               /* Situation:
 205
 206                           /
 207                          /
 208                  ------(n)-----(e->to)
 209                          \
 210                           \
 211
 212                  n->address is set to the e->address of the edge left of n to n.
 213                  We are currently examining the edge e right of n from n:
 214
 215                  - If e->reverse->address != n->address, then e->to is probably
 216                    not reachable for the nodes left of n. We do as if the indirectdata
 217                    flag is set on edge e.
 218                  - If edge e provides for better reachability of e->to, update
 219                    e->to and (re)add it to the todo_tree to (re)examine the reachability
 220                    of nodes behind it.
 221               */
 222
 223               indirect = n->status.indirect || e->options & OPTION_INDIRECT || ((n != myself) && sockaddrcmp(&n->address, &e->reverse->address));
 224
 225               if(e->to->status.visited && (!e->to->status.indirect || indirect))
 226                 continue;
 227
 228               e->to->status.visited = 1;
 229               e->to->status.indirect = indirect;
 230               e->to->nexthop = (n->nexthop == myself) ? e->to : n->nexthop;
 231               e->to->via = indirect ? n->via : e->to;
 232               e->to->options = e->options;
 233               if(sockaddrcmp(&e->to->address, &e->address))
 234                 {
 235                   node = avl_unlink(node_udp_tree, e->to);
 236                   e->to->address = e->address;
 237                   if(e->to->hostname)
 238                     free(e->to->hostname);
 239                   e->to->hostname = sockaddr2hostname(&e->to->address);
 240                   avl_insert_node(node_udp_tree, node);
 241                 }
 242               node = avl_alloc_node();
 243               node->data = e->to;
 244               avl_insert_before(todo_tree, from, node);
 245             }
 246
 247           avl_delete_node(todo_tree, from);
 248         }
 249     }
 250
 251   avl_free_tree(todo_tree);
 252
 253   /* Check reachability status. */
 254
 255   for(node = node_tree->head; node; node = next)
 256     {
 257       next = node->next;
 258       n = (node_t *)node->data;
 259
 260       if(n->status.visited != n->status.reachable)
 261       {
 262         n->status.reachable = !n->status.reachable;
 263         if(debug_lvl >= DEBUG_TRAFFIC)
 264           if(n->status.reachable)
 265             syslog(LOG_DEBUG, _("Node %s (%s) became reachable"), n->name, n->hostname);
 266           else
 267             syslog(LOG_DEBUG, _("Node %s (%s) became unreachable"), n->name, n->hostname);
 268
 269         n->status.validkey = 0;
 270         n->status.waitingforkey = 0;
 271
 272         asprintf(&envp[0], "NETNAME=%s", netname?netname:"");
 273         asprintf(&envp[1], "DEVICE=%s", device?device:"");
 274         asprintf(&envp[2], "INTERFACE=%s", interface?interface:"");
 275         asprintf(&envp[3], "NODE=%s", n->name);
 276         sockaddr2str(&n->address, &address, &port);
 277         asprintf(&envp[4], "REMOTEADDRESS=%s", address);
 278         asprintf(&envp[5], "REMOTEPORT=%s", port);
 279         envp[6] = NULL;
 280
 281         asprintf(&name, n->status.reachable?"hosts/%s-up":"hosts/%s-down", n->name);
 282         execute_script(name, envp);
 283         free(name);
 284         free(address);
 285         free(port);
 286
 287         for(i = 0; i < 7; i++)
 288           free(envp[i]);
 289       }
 290     }
 291 }
 292
 293 void graph(void)
 294 {
 295   mst_kruskal();
 296   sssp_bfs();
 297 }