main.cpp

#include <cstdint>
#include <fcntl.h>
#include <ifaddrs.h>
#include <linux/if_ether.h>
#include <net/if.h>
#include <netpacket/packet.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>

#include "config.h"
#include "ethernet.h"
#include "ipv6.h"
#include "log.h"
#include "nd.h"
#include "net.h"
#include "patricia_trie.h"
#include "utils.h"

/*  無視するネットワークインターフェースたち  */
#define IGNORE_INTERFACES                                                                                                                                                                              \
  { "lo", "bond0", "dummy0", "tunl0", "sit0" }

/* 無視するデバイスかどうかを返す */
bool is_ignore_interface(const char *ifname) {
  char ignore_interfaces[][IF_NAMESIZE] = IGNORE_INTERFACES;
  for (int i = 0; i < sizeof(ignore_interfaces) / IF_NAMESIZE; i++) {
    if (strcmp(ignore_interfaces[i], ifname) == 0) {
      return true;
    }
  }
  return false;
}

/* インターフェース名からデバイスを探す */
net_device *get_net_device_by_name(const char *name) {
  net_device *dev;
  for (dev = net_dev_list; dev; dev = dev->next) {
    if (strcmp(dev->name, name) == 0) {
      return dev;
    }
  }
  return nullptr;
}

/* 設定する */
void configure() {

  in6_addr root_addr;
  memset(&root_addr, 0x00, sizeof(root_addr));
  ipv6_fib = create_patricia_node(root_addr, 0, false, nullptr);

  in6_addr addr6_to_host1;
  inet_pton(AF_INET6, "2001:db8:0:1001::1", &addr6_to_host1);

  configure_ipv6_address(get_net_device_by_name("router1-host1"), addr6_to_host1, 64);

  in6_addr addr6_to_router2;
  inet_pton(AF_INET6, "2001:db8:0:1000::1", &addr6_to_router2);

  configure_ipv6_address(get_net_device_by_name("router1-router2"), addr6_to_router2, 64);

  in6_addr addr6_net;
  inet_pton(AF_INET6, "2001:db8:0:1002::", &addr6_net);

  in6_addr addr6_nh;
  inet_pton(AF_INET6, "2001:db8:0:1000::2", &addr6_nh);

  configure_ipv6_net_route(addr6_net, 64, addr6_nh);

  uint8_t mac_addr_host1[6] = {0x96, 0xe0, 0x07, 0xc6, 0x7f, 0xe1};
  in6_addr addr6_host1;
  inet_pton(AF_INET6, "2001:db8:0:1001::2", &addr6_host1);
  // ip -6 neigh add 2001:db8:0:1001::1 lladdr 9e:b7:96:aa:4a:8a dev host1-router1

  update_nd_table_entry(get_net_device_by_name("router1-host1"), mac_addr_host1, addr6_host1);
}

/* 宣言のみ */
int net_device_transmit(struct net_device *dev, uint8_t *buffer, size_t len);
int net_device_poll(net_device *dev);

/* デバイスのプラットフォーム依存のデータ */
struct net_device_data {
  int fd; // socketのfile descriptor
};

/* エントリポイント */
int main() {
  struct ifreq ifr {};
  struct ifaddrs *addrs;

  // ネットワークインターフェースを情報を取得
  getifaddrs(&addrs);

  for (ifaddrs *tmp = addrs; tmp; tmp = tmp->ifa_next) {
    if (tmp->ifa_addr && tmp->ifa_addr->sa_family == AF_PACKET) {

      memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
      strcpy(ifr.ifr_name, tmp->ifa_name);

      // 無視するインターフェースか確認
      if (is_ignore_interface(tmp->ifa_name)) {
        LOG_INFO("skipped to enable interface %s\n", tmp->ifa_name);
        continue;
      }

      // ソケットをオープン
      int sock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));
      if (sock == -1) {
        LOG_ERROR("failed open socket: %s\n", strerror(errno));
        exit(EXIT_FAILURE);
      }

      // インターフェースのインデックスを取得
      if (ioctl(sock, SIOCGIFINDEX, &ifr) == -1) {
        LOG_ERROR("failed to ioctl SIOCGIFINDEX: %s\n", strerror(errno));
        close(sock);
        exit(EXIT_FAILURE);
      }

      // ソケットにインターフェースをbindする
      sockaddr_ll addr{};
      memset(&addr, 0x00, sizeof(addr));
      addr.sll_family = AF_PACKET;
      addr.sll_protocol = htons(ETH_P_ALL);
      addr.sll_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
      if (bind(sock, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {
        LOG_ERROR("failed to bind: %s\n", strerror(errno));
        close(sock);
        exit(EXIT_FAILURE);
      }

      // インターフェースのMACアドレスを取得
      if (ioctl(sock, SIOCGIFHWADDR, &ifr) != 0) {
        LOG_ERROR("failed to ioctl SIOCGIFHWADDR %s\n", strerror(errno));
        close(sock);
        continue;
      }

      /* net_device構造体を作成 */

      // net_deviceの領域と、net_device_dataの領域を確保する
      net_device *dev = (net_device *)calloc(1, sizeof(net_device) + sizeof(net_device_data));
      // 送信用の関数を設定
      dev->ops.transmit = net_device_transmit;
      // 受信用の関数を設定
      dev->ops.poll = net_device_poll;

      // net_deviceにインターフェース名をセット
      strcpy(dev->name, tmp->ifa_name);
      // net_deviceにMACアドレスをセット
      memcpy(dev->mac_addr, &ifr.ifr_hwaddr.sa_data[0], 6);
      ((net_device_data *)dev->data)->fd = sock;

      LOG_INFO("created device %s socket %d address %s \n", dev->name, sock, mac_addr_toa(dev->mac_addr));

      // net_deviceの連結リストに連結させる
      net_device *next;
      next = net_dev_list;
      net_dev_list = dev;
      dev->next = next;
    }
  }
  // 確保されていたメモリを解放
  freeifaddrs(addrs);

  // 1つも有効化されたインターフェースをが無かったら終了
  if (net_dev_list == nullptr) {
    LOG_ERROR("No interface is enabled!\n");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  init_nd_table();

  in6_addr root_addr;
  memset(&root_addr, 0x00, sizeof(root_addr));
  ipv6_fib = create_patricia_node(root_addr, 0, false, nullptr);

  // ネットワーク設定の投入
  configure();

#ifdef ENABLE_COMMAND
  // 入力時にバッファリングせずにすぐ受け取る設定
  termios attr{};
  tcgetattr(0, &attr);
  attr.c_lflag &= ~ICANON;
  attr.c_cc[VTIME] = 0;
  attr.c_cc[VMIN] = 1;
  tcsetattr(0, TCSANOW, &attr);
#endif

  int epoll_fd;
  epoll_event ev, ev_ret[MAX_INTERFACES + 1];

  // epollの初期化
  epoll_fd = epoll_create(MAX_INTERFACES + 1);
  if (epoll_fd < 0) {
    perror("failed to epoll_create");
    return 1;
  }

  memset(&ev, 0, sizeof(ev));
  ev.events = EPOLLIN;
  ev.data.fd = STDIN_FILENO;
  if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &ev) != 0) {
    perror("failed to epoll_ctl");
    return 1;
  }

  for (net_device *dev = net_dev_list; dev; dev = dev->next) {
    memset(&ev, 0, sizeof(ev));
    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = ((net_device_data *)dev->data)->fd;
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, ((net_device_data *)dev->data)->fd, &ev) != 0) {
      perror("failed to epoll_ctl");
      return 1;
    }
  }

  // デバイスから通信を受信
  int nfds;
  while (true) {
    nfds = epoll_wait(epoll_fd, ev_ret, MAX_INTERFACES + 1, -1);
    if (nfds <= 0) {
      perror("failed to epoll_wait");
      return 1;
    }

    for (int i = 0; i < nfds; i++) {
      if (ev_ret[i].data.fd == STDIN_FILENO) {
        int input = getchar(); // 入力を受け取る
        if (input != -1) {     // 入力があったら
          printf("\n");
          if (input == 'a') {
            dump_nd_table_entry();
          } else if (input == 'r')
            dump_ipv6_route(ipv6_fib);
          else if (input == 'q')
            goto exit_loop;
        }
      }

      for (net_device *dev = net_dev_list; dev; dev = dev->next) {
        if (ev_ret[i].data.fd == ((net_device_data *)dev->data)->fd) {
          dev->ops.poll(dev);
        }
      }
    }
  }

exit_loop:

  printf("Goodbye!\n");
  return 0;
}

/* ネットデバイスの送信処理 */
int net_device_transmit(struct net_device *dev, uint8_t *buffer, size_t len) {
  // Socketを通して送信
  send(((net_device_data *)dev->data)->fd, buffer, len, 0);
  return 0;
}

/* ネットワークデバイスの受信処理 */
int net_device_poll(net_device *dev) {
  uint8_t buffer[1550];
  // Socketから受信
  ssize_t n = recv(((net_device_data *)dev->data)->fd, buffer, sizeof(buffer), 0);
  if (n == -1) {
    if (errno == EAGAIN) { // 受け取るデータが無い場合
      return 0;
    } else {
      return -1; // 他のエラーなら
    }
  }
  // 受信したデータをイーサネットに送る
  ethernet_input(dev, buffer, n);

  return 0;
}