folly/IPAddressV6.h

   1 /*
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  15  */
  16
  17 #pragma once
  18
  19 #include <cstring>
  20
  21 #include <array>
  22 #include <functional>
  23 #include <iosfwd>
  24 #include <map>
  25 #include <stdexcept>
  26
  27 #include <folly/Hash.h>
  28 #include <folly/Optional.h>
  29 #include <folly/Range.h>
  30 #include <folly/detail/IPAddress.h>
  31
  32 namespace folly {
  33
  34 class IPAddress;
  35 class IPAddressV4;
  36 class IPAddressV6;
  37 class MacAddress;
  38
  39 /**
  40  * Pair of IPAddressV6, netmask
  41  */
  42 typedef std::pair<IPAddressV6, uint8_t> CIDRNetworkV6;
  43
  44 /**
  45  * Specialization for IPv6 addresses
  46  */
  47 typedef std::array<uint8_t, 16> ByteArray16;
  48
  49 /**
  50  * IPv6 variation of IPAddress.
  51  *
  52  * Added methods: createIPv4, getIPv4For6To4, is6To4,
  53  *                isTeredo, isIPv4Mapped, tryCreateIPv4, type
  54  *
  55  * @see IPAddress
  56  *
  57  * Notes on scope ID parsing:
  58  *
  59  * getaddrinfo() uses if_nametoindex() to convert interface names
  60  * into a numerical index. For instance,
  61  * "fe80::202:c9ff:fec1:ee08%eth0" may return scope ID 2 on some
  62  * hosts, but other numbers on other hosts. It will fail entirely on
  63  * hosts without an eth0 interface.
  64  *
  65  * Serializing / Deserializing IPAddressB6's on different hosts
  66  * that use link-local scoping probably won't work.
  67  */
  68 class IPAddressV6 {
  69  public:
  70   // V6 Address Type
  71   enum Type {
  72     TEREDO, T6TO4, NORMAL,
  73   };
  74   // A constructor parameter to indicate that we should create a link-local
  75   // IPAddressV6.
  76   enum LinkLocalTag {
  77     LINK_LOCAL,
  78   };
  79   // Thrown when a type assertion fails
  80   typedef std::runtime_error TypeError;
  81
  82   // Binary prefix for teredo networks
  83   static const uint32_t PREFIX_TEREDO;
  84   // Binary prefix for 6to4 networks
  85   static const uint32_t PREFIX_6TO4;
  86
  87   // Size of std::string returned by toFullyQualified.
  88   static constexpr size_t kToFullyQualifiedSize =
  89     8 /*words*/ * 4 /*hex chars per word*/ + 7 /*separators*/;
  90
  91   // returns true iff the input string can be parsed as an ipv6-address
  92   static bool validate(StringPiece ip);
  93
  94   /**
  95    * Create a new IPAddress instance from the provided binary data.
  96    * @throws IPAddressFormatException if the input length is not 16 bytes.
  97    */
  98   static IPAddressV6 fromBinary(ByteRange bytes) {
  99     IPAddressV6 addr;
 100     addr.setFromBinary(bytes);
 101     return addr;
 102   }
 103
 104   /**
 105    * Create a new IPAddress instance from the ip6.arpa representation.
 106    * @throws IPAddressFormatException if the input is not a valid ip6.arpa
 107    * representation
 108    */
 109   static IPAddressV6 fromInverseArpaName(const std::string& arpaname);
 110
 111   /**
 112    * Returns the address as a Range.
 113    */
 114   ByteRange toBinary() const {
 115     return ByteRange((const unsigned char *) &addr_.in6Addr_.s6_addr, 16);
 116   }
 117
 118   /**
 119    * Default constructor for IPAddressV6.
 120    *
 121    * The address value will be ::0
 122    */
 123   IPAddressV6();
 124
 125   // Create an IPAddressV6 from a string
 126   // @throws IPAddressFormatException
 127   //
 128   explicit IPAddressV6(StringPiece ip);
 129
 130   // ByteArray16 constructor
 131   explicit IPAddressV6(const ByteArray16& src);
 132
 133   // in6_addr constructor
 134   explicit IPAddressV6(const in6_addr& src);
 135
 136   // sockaddr_in6 constructor
 137   explicit IPAddressV6(const sockaddr_in6& src);
 138
 139   /**
 140    * Create a link-local IPAddressV6 from the specified ethernet MAC address.
 141    */
 142   IPAddressV6(LinkLocalTag tag, MacAddress mac);
 143
 144   // return the mapped V4 address
 145   // @throws IPAddressFormatException if !isIPv4Mapped
 146   IPAddressV4 createIPv4() const;
 147
 148   /**
 149    * Return a V4 address if this is a 6To4 address.
 150    * @throws TypeError if not a 6To4 address
 151    */
 152   IPAddressV4 getIPv4For6To4() const;
 153
 154   // Return true if a 6TO4 address
 155   bool is6To4() const {
 156     return type() == IPAddressV6::Type::T6TO4;
 157   }
 158
 159   // Return true if a TEREDO address
 160   bool isTeredo() const {
 161     return type() == IPAddressV6::Type::TEREDO;
 162   }
 163
 164   // return true if this is v4-to-v6-mapped
 165   bool isIPv4Mapped() const;
 166
 167   // Return the V6 address type
 168   Type type() const;
 169
 170   /**
 171    * @see IPAddress#bitCount
 172    * @returns 128
 173    */
 174   static size_t bitCount() { return 128; }
 175
 176   /**
 177    * @see IPAddress#toJson
 178    */
 179   std::string toJson() const;
 180
 181   size_t hash() const;
 182
 183   // @see IPAddress#inSubnet
 184   // @throws IPAddressFormatException if string doesn't contain a V6 address
 185   bool inSubnet(StringPiece cidrNetwork) const;
 186
 187   // return true if address is in subnet
 188   bool inSubnet(const IPAddressV6& subnet, uint8_t cidr) const {
 189     return inSubnetWithMask(subnet, fetchMask(cidr));
 190   }
 191   bool inSubnetWithMask(const IPAddressV6& subnet,
 192                         const ByteArray16& mask) const;
 193
 194   // @see IPAddress#isLoopback
 195   bool isLoopback() const;
 196
 197   // @see IPAddress#isNonroutable
 198   bool isNonroutable() const {
 199     return !isRoutable();
 200   }
 201
 202   /**
 203    * Return true if this address is routable.
 204    */
 205   bool isRoutable() const;
 206
 207   // @see IPAddress#isPrivate
 208   bool isPrivate() const;
 209
 210   /**
 211    * Return true if this is a link-local IPv6 address.
 212    *
 213    * Note that this only returns true for addresses in the fe80::/10 range.
 214    * It returns false for the loopback address (::1), even though this address
 215    * is also effectively has link-local scope.  It also returns false for
 216    * link-scope and interface-scope multicast addresses.
 217    */
 218   bool isLinkLocal() const;
 219
 220   /**
 221    * Return the mac address if this is a link-local IPv6 address.
 222    *
 223    * @return an Optional<MacAddress> union representing the mac address.
 224    *
 225    * If the address is not a link-local one it will return an empty Optional.
 226    * You can use Optional::value() to check whether the mac address is not null.
 227    */
 228   Optional<MacAddress> getMacAddressFromLinkLocal() const;
 229
 230   /**
 231    * Return true if this is a multicast address.
 232    */
 233   bool isMulticast() const;
 234
 235   /**
 236    * Return the flags for a multicast address.
 237    * This method may only be called on multicast addresses.
 238    */
 239   uint8_t getMulticastFlags() const;
 240
 241   /**
 242    * Return the scope for a multicast address.
 243    * This method may only be called on multicast addresses.
 244    */
 245   uint8_t getMulticastScope() const;
 246
 247   // @see IPAddress#isZero
 248   bool isZero() const {
 249     constexpr auto zero = ByteArray16{{}};
 250     return 0 == std::memcmp(bytes(), zero.data(), zero.size());
 251   }
 252
 253   bool isLinkLocalBroadcast() const;
 254
 255   // @see IPAddress#mask
 256   IPAddressV6 mask(size_t numBits) const;
 257
 258   // return underlying in6_addr structure
 259   in6_addr toAddr() const { return addr_.in6Addr_; }
 260
 261   uint16_t getScopeId() const { return scope_; }
 262   void setScopeId(uint16_t scope) {
 263     scope_ = scope;
 264   }
 265
 266   sockaddr_in6 toSockAddr() const {
 267     sockaddr_in6 addr;
 268     memset(&addr, 0, sizeof(sockaddr_in6));
 269     addr.sin6_family = AF_INET6;
 270     addr.sin6_scope_id = scope_;
 271     memcpy(&addr.sin6_addr, &addr_.in6Addr_, sizeof(in6_addr));
 272     return addr;
 273   }
 274
 275   ByteArray16 toByteArray() const {
 276     ByteArray16 ba{{0}};
 277     std::memcpy(ba.data(), bytes(), 16);
 278     return ba;
 279   }
 280
 281   // @see IPAddress#toFullyQualified
 282   std::string toFullyQualified() const;
 283
 284   std::string toInverseArpaName() const;
 285
 286   // @see IPAddress#str
 287   std::string str() const;
 288
 289   // @see IPAddress#version
 290   uint8_t version() const { return 6; }
 291
 292   /**
 293    * Return the solicited-node multicast address for this address.
 294    */
 295   IPAddressV6 getSolicitedNodeAddress() const;
 296
 297   /**
 298    * Return the mask associated with the given number of bits.
 299    * If for instance numBits was 24 (e.g. /24) then the V4 mask returned should
 300    * be {0xff, 0xff, 0xff, 0x00}.
 301    * @param [in] numBits bitmask to retrieve
 302    * @throws abort if numBits == 0 or numBits > bitCount()
 303    * @return mask associated with numBits
 304    */
 305   static const ByteArray16 fetchMask(size_t numBits);
 306   // Given 2 IPAddressV6,mask pairs extract the longest common IPAddress,
 307   // mask pair
 308   static CIDRNetworkV6 longestCommonPrefix(
 309       const CIDRNetworkV6& one,
 310       const CIDRNetworkV6& two);
 311   // Number of bytes in the address representation.
 312   static constexpr size_t byteCount() { return 16; }
 313
 314   //get nth most significant bit - 0 indexed
 315   bool getNthMSBit(size_t bitIndex) const {
 316     return detail::getNthMSBitImpl(*this, bitIndex, AF_INET6);
 317   }
 318   //get nth most significant byte - 0 indexed
 319   uint8_t getNthMSByte(size_t byteIndex) const;
 320   //get nth bit - 0 indexed
 321   bool getNthLSBit(size_t bitIndex) const {
 322     return getNthMSBit(bitCount() - bitIndex - 1);
 323   }
 324   //get nth byte - 0 indexed
 325   uint8_t getNthLSByte(size_t byteIndex) const {
 326     return getNthMSByte(byteCount() - byteIndex - 1);
 327   }
 328
 329   const unsigned char* bytes() const { return addr_.in6Addr_.s6_addr; }
 330   protected:
 331   /**
 332    * Helper that returns true if the address is in the binary subnet specified
 333    * by addr.
 334    */
 335   bool inBinarySubnet(const std::array<uint8_t, 2> addr,
 336                       size_t numBits) const;
 337
 338  private:
 339   union AddressStorage {
 340     in6_addr in6Addr_;
 341     ByteArray16 bytes_;
 342     AddressStorage() {
 343       std::memset(this, 0, sizeof(AddressStorage));
 344     }
 345     explicit AddressStorage(const ByteArray16& bytes): bytes_(bytes) {}
 346     explicit AddressStorage(const in6_addr& addr): in6Addr_(addr) {}
 347     explicit AddressStorage(MacAddress mac);
 348   } addr_;
 349
 350   // Link-local scope id.  This should always be 0 for IPAddresses that
 351   // are *not* link-local.
 352   uint16_t scope_{0};
 353
 354   static const std::array<ByteArray16, 129> masks_;
 355
 356   /**
 357    * Set the current IPAddressV6 object to have the address specified by bytes.
 358    * @throws IPAddressFormatException if bytes.size() is not 16.
 359    */
 360   void setFromBinary(ByteRange bytes);
 361 };
 362
 363 // boost::hash uses hash_value() so this allows boost::hash to work
 364 // automatically for IPAddressV6
 365 std::size_t hash_value(const IPAddressV6& addr);
 366 std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const IPAddressV6& addr);
 367 // Define toAppend() to allow IPAddressV6 to be used with to<string>
 368 void toAppend(IPAddressV6 addr, std::string* result);
 369 void toAppend(IPAddressV6 addr, fbstring* result);
 370
 371 /**
 372  * Return true if two addresses are equal.
 373  */
 374 inline bool operator==(const IPAddressV6& addr1, const IPAddressV6& addr2) {
 375   return (std::memcmp(addr1.toAddr().s6_addr, addr2.toAddr().s6_addr, 16) == 0)
 376     && addr1.getScopeId() == addr2.getScopeId();
 377 }
 378 // Return true if addr1 < addr2
 379 inline bool operator<(const IPAddressV6& addr1, const IPAddressV6& addr2) {
 380   auto cmp = std::memcmp(addr1.toAddr().s6_addr,
 381                          addr2.toAddr().s6_addr, 16) < 0;
 382   if (!cmp) {
 383     return addr1.getScopeId() < addr2.getScopeId();
 384   } else {
 385     return cmp;
 386   }
 387 }
 388 // Derived operators
 389 inline bool operator!=(const IPAddressV6& a, const IPAddressV6& b) {
 390   return !(a == b);
 391 }
 392 inline bool operator>(const IPAddressV6& a, const IPAddressV6& b) {
 393   return b < a;
 394 }
 395 inline bool operator<=(const IPAddressV6& a, const IPAddressV6& b) {
 396   return !(a > b);
 397 }
 398 inline bool operator>=(const IPAddressV6& a, const IPAddressV6& b) {
 399   return !(a < b);
 400 }
 401
 402 }  // folly
 403
 404 namespace std {
 405 template<>
 406 struct hash<folly::IPAddressV6> {
 407   size_t operator()(const folly::IPAddressV6& addr) const {
 408     return addr.hash();
 409   }
 410 };
 411 }  // std