NEW FILE HEADER / COPYRIGHT FORMAT
[senf.git] / Packets / Packet.hh
1 // $Id$
2 //
3 // Copyright (C) 2007 
4 // Fraunhofer Institute for Open Communication Systems (FOKUS) 
5 // Competence Center NETwork research (NET), St. Augustin, GERMANY 
6 //     Stefan Bund <g0dil@berlios.de>
7 //
8 // This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9 // it under the terms of the GNU General Public License as published by
10 // the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
11 // (at your option) any later version.
12 //
13 // This program is distributed in the hope that it will be useful,
14 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16 // GNU General Public License for more details.
17 //
18 // You should have received a copy of the GNU General Public License
19 // along with this program; if not, write to the
20 // Free Software Foundation, Inc.,
21 // 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
22
23 /** \file
24     \brief Packet public header */
25
26 #ifndef HH_Packet_
27 #define HH_Packet_ 1
28
29 // Custom includes
30 #include <boost/operators.hpp>
31
32 #include "../Utils/Exception.hh"
33 #include "../Utils/safe_bool.hh"
34 #include "PacketInterpreter.hh"
35
36 //#include "Packet.mpp"
37 ///////////////////////////////hh.p////////////////////////////////////////
38
39 namespace senf {
40
41     /** \defgroup packet_module Packet Handling
42
43         The basic groundwork of the Packet library is the packet handling:
44
45         \li The packet classes provide access to a chain of packet headers (more generically called
46             interpreters).
47         \li They automatically manage the required memory resources and the shared packet data.
48
49         \section packet_module_chain The Interpreter Chain
50
51         The central data structure for a packet is the interpreter chain
52
53         \image html structure.png The Interpreter Chain
54
55         This image depicts a packet with several headers. Each interpreter is responsible for a
56         specific sub-range of the complete packet. This range always \e includes the packets payload
57         (This is, why we call the data structure interpreter and not header: The interpreter is
58         responsible for interpreting a range of the packet according to a specific protocol), the
59         packet interpreters are nested inside each other.
60     
61         For each interpreter, this structure automatically divides the packet into three areas (each
62         of which are optional): The header, the payload and the trailer. Every packet will have
63         either a header or a payload section while most don't have a trailer.
64
65         As user of the library you always interact with the chain through one (or more) of the
66         interpreters. The interpreter provides methods to traverse to the following or preceding
67         header (interpreter) and provides two levels of access to the packet data: Generic low-level
68         access in the form of an STL compatible sequence and access to the parsed fields which are
69         provided by the parser associated with the concrete packet type.
70
71         \section packet_module_management Resource Management
72
73         The interface to the packet library is provided using a handle class (\ref Packet for
74         generic, protocol agnostic access and \ref ConcretePacket derived from \ref Packet to access
75         a specific protocol). This handle automatically manages the resources associated with the
76         packet (the interpreter chain and the data storage holding the packet data). The resources
77         are automatically released when the last packet handle referencing a specific packet is
78         destroyed.
79
80         \implementation The packet chain is provided on two levels: The internal representation \ref
81             PacketInterpreterBase and \ref PacketInterpreter which are referenced by the Handle
82             classes \ref Packet and \ref ConcretePacket. \n
83             The internal representation classes are pertinent in the sense, that they exist
84             regardless of the existence of a handle referencing them (as long as the packet
85             exists). Still the interpreter chain is lazy and packet interpreters beside the first
86             are only created dynamically when accessed (this is implemented in the handle not in the
87             internal representation). \n
88             The packet interpreters make use of a pool allocator. This provides extremely efficient
89             creation and destruction of packet interpreter's and removes the dynamic memory
90             management overhead from the packet interpreter management. The packet implementation
91             class (\ref PacketImpl which holds the packet data itself) however is still dynamically
92             managed (however there is only a single instance for each packet).
93      */
94
95     template <class PackeType> class ConcretePacket;
96
97     ///\addtogroup packet_module
98     ///@{
99     
100     /** \brief Main Packet class
101
102         Packet is the main externally visible class of the packet library. Packet is a handle into
103         the internal packet representation. From Packet you may access the data of that specific
104         sub-packet/header/interpreter and navigate to the neighboring
105         sub-packets/headers/interpreters.
106
107         Packet is protocol agnostic. This class only provides non-protocol dependent members. To
108         access the protocol specific features of a packet (like header fields) the ConcretePacket
109         class extending Packet is provided.
110
111         \section packet_semantics Semantics
112         
113         All operations accessing the data of \c this packet in some way will ignore any preceding
114         packets/headers/interpreters in the chain. It does not matter, whether a given packet is
115         taken from the middle or the beginning of the chain, all operations (except those explicitly
116         accessing the chain of course) should work the same.
117         
118         This especially includes members like clone() or append(): clone() will clone \e only from
119         \c this packet until the end of the chain, append() will append the given packet \e ignoring
120         any possibly preceding packets/headers/interpreters.
121
122         In the same way, the data() member provides an STL-sequence compatible view of the packet
123         data. This only includes the data which is part of \c this packet including header, trailer
124         \e and payload but \e not the headers or trailers of packets \e before \c this packet in the
125         packet/header/interpreter chain (nonetheless, this data overlaps with the data of other
126         packets).
127
128         Several members are member templates taking an \a OtherPacket template parameter. This
129         parameter must be the ConcretePacket instantiation associated with some concrete packet type
130         (protocol). For each implemented protocol, typedefs should be provided for these
131         instantiations (Example: \ref EthernetPacket is a typedef for
132         \ref ConcretePacket < \ref EthernetPacketType >).
133
134         \see 
135             \ref ConcretePacket for the type specific interface\n
136             \ref PacketData for the sequence interface\n
137             \ref packetparser for a specification of the parser interface
138       */
139     class Packet
140         : public safe_bool<Packet>,
141           public boost::equality_comparable<Packet>
142     {
143     public:
144         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
145         // Types
146         
147         typedef void type;              ///< Type of the packet.
148         typedef senf::detail::packet::size_type size_type; ///< Unsigned type to represent packet size
149         typedef PacketInterpreterBase::factory_t factory_t; ///< Packet factory type (see below)
150
151                                         /// Special argument flag
152                                         /** Used in some ConcretePacket constructors */
153         enum NoInit_t { noinit };       
154
155         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
156         ///\name Structors and default members
157         ///@{
158
159         // default copy constructor
160         // default copy assignment
161         // default destructor
162         
163         Packet();                       ///< Create uninitialized packet handle
164                                         /**< An uninitialized handle is not valid(). It does not
165                                              allow any operation except assignment and checking for
166                                              validity. */
167         Packet clone() const;           ///< Create copy packet
168                                         /**< clone() will create a complete copy the packet. The
169                                              returned packet will have the same data and packet
170                                              chain. It does however not share any data with the
171                                              original packet. */
172
173         // conversion constructors
174
175         template <class PacketType>     
176         Packet(ConcretePacket<PacketType> packet); ///< Copy-construct Packet from ConcretePacket
177                                         /**< This constructor allows to convert an arbitrary
178                                              ConcretePacket into a general Packet, loosing the
179                                              protocol specific interface. */
180
181         ///@}
182         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
183
184         ///\name Interpreter chain access
185         ///@{
186
187                                      Packet      next() const; 
188                                         ///< Get next packet in chain
189                                         /**< \returns in - valid() packet, if no next packet 
190                                              exists */
191         template <class OtherPacket> OtherPacket next() const; 
192                                         ///< Get next packet of given type in chain
193                                         /**< \throws InvalidPacketChainException if no such packet
194                                              is found */
195         template <class OtherPacket> OtherPacket next(NoThrow_t) const; 
196                                         ///< Get next packet of given type in chain
197                                         /**< \param[in] nothrow This argument always has the value
198                                              \c senf::nothrow
199                                              \returns in - valid() packet, if no such packet is
200                                              found */
201         template <class OtherPacket> OtherPacket findNext() const;
202                                         ///< Find next packet of given type in chain
203                                         /**< findNext() is like next(), it will however return \c
204                                              *this if it is of the given type. 
205                                              \throws InvalidPacketChainException if no such packet
206                                                  is found */
207         template <class OtherPacket> OtherPacket findNext(NoThrow_t) const;
208                                         ///< Find next packet of given type in chain
209                                         /**< findNext() is like next(), it will however return \c
210                                              *this if it is of the given type.
211                                              \param[in] nothrow This argument always has the value
212                                              \c senf::nothrow
213                                              \returns in - valid() packet, if no such packet is
214                                              found */
215         
216
217                                      Packet      prev() const; 
218                                         ///< Get previous packet in chain
219                                         /**< \returns in - valid() packet, if no previous packet 
220                                              exists */
221         template <class OtherPacket> OtherPacket prev() const; 
222                                         ///< Get previous packet of given type in chain
223                                         /**< \throws InvalidPacketChainException if no such packet
224                                              is found */
225         template <class OtherPacket> OtherPacket prev(NoThrow_t) const;
226                                         ///< Get previous packet of given type in chain
227                                         /**< \param[in] nothrow This argument always has the value
228                                              \c senf::nothrow
229                                              \returns in - valid() packet, if no such packet is
230                                              found */
231         template <class OtherPacket> OtherPacket findPrev() const;
232                                         ///< Find previous packet of given type in chain
233                                         /**< findPrev() is like prev(), it will however return \c
234                                              *this if it is of the type 
235                                              \throws InvalidPacketChainException if no such packet
236                                                  is found */
237         template <class OtherPacket> OtherPacket findPrev(NoThrow_t) const;
238                                         ///< Find previous packet of given type in chain
239                                         /**< findPrev() is like prev(), it will however return \c
240                                              *this if it is of the type 
241                                              \param[in] nothrow This argument always has the value
242                                              \c senf::nothrow
243                                              \returns in - valid() packet, if no such packet is
244                                              found */
245
246
247                                      Packet      first() const;
248                                         ///< Return first packet in chain
249         template <class OtherPacket> OtherPacket first() const;
250                                         ///< Return first packet of given type in chain
251                                         /**< \throws InvalidPacketChainException if no such packet
252                                              is found */
253         template <class OtherPacket> OtherPacket first(NoThrow_t) const;
254                                         ///< Return first packet of given type in chain
255                                         /**< \param[in] nothrow This argument always has the value
256                                              \c senf::nothrow
257                                              \returns in - valid() packet, if no such packet is
258                                              found */
259
260                                      Packet      last() const;
261                                         ///< Return last packet in chain
262         template <class OtherPacket> OtherPacket last() const;
263                                         ///< Return last packet of given type in chain
264                                         /**< \throws InvalidPacketChainException if no such packet
265                                              is found */
266         template <class OtherPacket> OtherPacket last(NoThrow_t) const;
267                                         ///< Return last packet of given type in chain
268                                         /**< \param[in] nothrow This argument always has the value
269                                              \c senf::nothrow
270                                              \returns in - valid() packet, if no such packet is
271                                              found */
272
273
274         template <class OtherPacket> OtherPacket parseNextAs() const;
275                                         ///< Parse payload as given by \a OtherPacket and add packet
276                                         /**< parseNextAs() will throw away the packet chain after
277                                              the current packet if necessary. It will then parse the
278                                              payload section of \c this packet as given by \a
279                                              OtherPacket. The new packet is added to the chain after
280                                              \c this.
281                                              \returns new packet instance sharing the same data and
282                                                  placed after \c this packet in the chain. */
283                                      Packet      parseNextAs(factory_t factory) const;
284                                         ///< Parse payload as given by \a factory and add packet
285                                         /**< parseNextAs() will throw away the packet chain after
286                                              the current packet if necessary. It will then parse the
287                                              payload section of \c this packet as given by \a
288                                              OtherPacket. The new packet is added to the chain after
289                                              \c this.
290                                              \returns new packet instance sharing the same data and
291                                                  placed after \c this packet in the chain. */
292         template <class OtherPacket> bool        is() const;
293                                         ///< Check, whether \c this packet is of the given type
294         template <class OtherPacket> OtherPacket as() const;
295                                         ///< Cast current packet to the given type
296                                         /**< This operations returns a handle to the same packet
297                                              header/interpreter however cast to the given
298                                              ConcretePacket type. <b>This conversion is
299                                              unchecked</b>. If the packet really is of a different
300                                              type, this will wreak havoc with the packet
301                                              data-structures. You can validate whether the
302                                              conversion is valid using is(). */
303
304         Packet append(Packet packet) const; ///< Append the given packet to \c this packet
305                                         /**< This operation will replace the payload section of \c
306                                              this packet with \a packet. This operation will replace
307                                              the packet chain after \c this packet with a clone of
308                                              \a packet and will replace the raw data of the payload
309                                              of \c this with the raw data if \a packet.
310                                              \returns Packet handle to the cloned \a packet, placed
311                                                  after \c this in the packet/header/interpreter
312                                                  chain. */
313
314         ///@}
315
316         ///\name Data access
317         ///@{
318
319         PacketData & data() const;      ///< Access the packets raw data container
320         size_type size() const;         ///< Return size of packet in bytes
321                                         /**< This size does \e not include the size of any preceding
322                                              headers/packets/interpreters. It does however include
323                                              \c this packets payload. */
324         
325         ///@}
326
327         ///\name Other methods
328         ///@{
329
330         bool operator==(Packet other) const; ///< Check for packet identity
331                                         /**< Two packet handles compare equal if they really are the
332                                              same packet header in the same packet chain. */
333         bool boolean_test() const;      ///< Check, whether the packet is valid()
334                                         /**< \see valid() */
335         bool valid() const;             ///< Check, whether the packet is valid()
336                                         /**< An in - valid() packet does not allow any operation
337                                              except checking for validity and assignment. in -
338                                              valid() packets serve the same role as 0-pointers. 
339                                              
340                                              This is an alias for boolean_test() which is called
341                                              when using a packet in a boolean context. */
342
343         void finalize() const;          ///< Update calculated fields
344                                         /**< This call will update all calculated fields of the
345                                              packet after it has been created or changed. This
346                                              includes checksums, payload size fields or other
347                                              fields, which can be set from other information in the
348                                              packet. Each concrete packet type should document,
349                                              which fields are set by finalize().
350
351                                              finalize() will automatically process all
352                                              packets/headers/interpreters from the end of the chain
353                                              backwards up to \c this. */
354
355         void dump(std::ostream & os) const; ///< Write out a printable packet representation
356                                         /**< This method is provided mostly to help debugging packet
357                                              problems. Each concrete packet should implement a dump
358                                              method writing out all fields of the packet in a
359                                              readable representation. dump() will call this member
360                                              for each packet/header/interpreter in the chain from \c
361                                              this packet up to the end of the chain. */
362
363         TypeIdValue typeId() const;     ///< Get id of \c this packet
364                                         /**< This value is used e.g. in the packet registry to
365                                              associate packet types with other information.
366                                              \returns A type holding the same information as a
367                                                  type_info object, albeit assignable */
368         factory_t factory() const;      ///< Return factory instance of \c this packet
369                                         /**< The returned factory instance can be used to create new
370                                              packets of the given type without knowing the concrete
371                                              type of the packet. The value may be stored away for
372                                              later use if needed. */
373         
374         ///@}
375
376     protected:
377         explicit Packet(PacketInterpreterBase::ptr packet);
378
379         PacketInterpreterBase::ptr ptr() const;
380
381     private:
382         Packet checkNext() const;
383         Packet checkLast() const;
384         
385         PacketInterpreterBase::ptr packet_;
386         
387         template <class PacketType>
388         friend class ConcretePacket;
389         friend class PacketParserBase;
390     };
391
392     /** \brief Protocol specific packet handle
393
394         The ConcretePacket template class extends Packet to provide protocol/packet type specific
395         aspects. These are packet constructors and access to the parsed packet fields.
396
397         The \c PacketType template argument to ConcretePacket is a protocol specific and internal
398         policy class which defines the protocol specific behavior. To access a specific type of
399         packet, the library provides corresponding typedefs of ConcretePacket < \a SomePacketType >
400         (e.g. \ref EthernetPacket as typedef for \ref ConcretePacket < \ref EthernetPacketType >).
401
402         The new members provided by ConcretePacket over packet are mostly comprised of the packet
403         constructors. These come in three major flavors:
404         
405         \li The create() family of constructors will create completely new packets.
406         \li The createAfter() family of constructors will create new packets (with new data for the
407             packet) \e after a given existing packet.
408         \li The createBefore()  family of constructors will create new packets (again with new data)
409             \e before a given existing packet.
410         
411         Whereas create() will create a completely new packet with it's own chain and data storage,
412         createAfter() and createBefore() extend a packet with additional
413         headers/interpreters. createAfter() will set the payload of the given packet to the new
414         packet whereas createBefore() will create a new packet with the existing packet as it's
415         payload. 
416
417         createAfter() differs from Packet::parseNextAs() in that the former creates a new packet \e
418         replacing any possibly existing data whereas the latter will interpret the already \e
419         existing data as given by the type argument.
420         
421         \see \ref PacketTypeBase for a specification of the interface to be provided by the \a
422             PacketType policy class.
423       */
424     template <class PacketType>
425     class ConcretePacket 
426         : public Packet
427     {
428     public:
429         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
430         // Types
431         
432         typedef PacketType type;
433
434         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
435         ///\name Structors and default members
436         ///@{
437
438         // default copy constructor
439         // default copy assignment
440         // default destructor
441         // no conversion constructors
442
443         ConcretePacket();               ///< Create uninitialized packet handle
444                                         /**< An uninitialized handle is not valid(). It does not
445                                              allow any operation except assignment and checking for
446                                              validity. */
447
448         static factory_t factory();     ///< Return factory for packets of specific type
449                                         /**< This \e static member is like Packet::factory() for a
450                                              specific packet of type \a PacketType */
451
452         // Create completely new packet
453
454         static ConcretePacket create(); ///< Create default initialized packet
455                                         /**< The packet will be initialized to it's default empty
456                                              state. */
457         static ConcretePacket create(NoInit_t); ///< Create uninitialized empty packet
458                                         /**< This will create a completely empty and uninitialized
459                                              packet with <tt>size() == 0</tt>.
460                                              \param[in] noinit This parameter must always have the
461                                                  value \c senf::noinit. */
462         static ConcretePacket create(size_type size); ///< Create default initialized packet
463                                         /**< This member will create a default initialized packet
464                                              with the given size. If the size parameter is smaller
465                                              than the minimum allowed packet size an exception will
466                                              be thrown.
467                                              \param[in] size Size of the packet to create in bytes.
468                                              \throws TruncatedPacketException if \a size is smaller
469                                                  than the smallest permissible size for this type of
470                                                  packet. */
471         static ConcretePacket create(size_type size, NoInit_t); ///< Create uninitialized packet
472                                         /**< Creates an uninitialized (all-zero) packet of the exact
473                                              given size. 
474                                              \param[in] size Size of the packet to create in bytes
475                                              \param[in] noinit This parameter must always have the
476                                                  value \c senf::noinit. */
477         template <class ForwardReadableRange>
478         static ConcretePacket create(ForwardReadableRange const & range); 
479                                         ///< Create packet from given data
480                                         /**< The packet will be created from a copy of the given
481                                              data. The data from the range will be copied directly
482                                              into the packet representation. The data will \e not be
483                                              validated in any way.
484                                              \param[in] range <a
485                                                  href="http://www.boost.org/libs/range/index.html">Boost.Range</a> 
486                                                  of data to construct packet from. */
487
488         // Create packet as new packet after a given packet
489
490         static ConcretePacket createAfter(Packet packet); 
491                                         ///< Create default initialized packet after \a packet
492                                         /**< The packet will be initialized to it's default empty
493                                              state. It will be appended as next header/interpreter
494                                              after \a packet in that packets interpreter chain.
495                                              \param[in] packet Packet to append new packet to. */
496         static ConcretePacket createAfter(Packet packet, NoInit_t);
497                                         ///< Create uninitialized empty packet after\a packet
498                                         /**< This will create a completely empty and uninitialized
499                                              packet with <tt>size() == 0</tt>. It will be appended
500                                              as next header/interpreter after \a packet in that
501                                              packets interpreter chain.
502                                              \param[in] packet Packet to append new packet to.
503                                              \param[in] noinit This parameter must always have the
504                                                  value \c senf::noinit. */
505         static ConcretePacket createAfter(Packet packet, size_type size);
506                                         ///< Create default initialized packet after \a packet
507                                         /**< This member will create a default initialized packet
508                                              with the given size. If the size parameter is smaller
509                                              than the minimum allowed packet size an exception will
510                                              be thrown. It will be appended as next
511                                              header/interpreter after \a packet in that packets
512                                              interpreter chain.
513                                              \param[in] packet Packet to append new packet to.
514                                              \param[in] size Size of the packet to create in bytes.
515                                              \throws TruncatedPacketException if \a size is smaller
516                                                  than the smallest permissible size for this type of
517                                                  packet. */
518         static ConcretePacket createAfter(Packet packet, size_type size, NoInit_t);
519                                         ///< Create uninitialized packet after \a packet
520                                         /**< Creates an uninitialized (all-zero) packet of the exact
521                                              given size.  It will be appended as next
522                                              header/interpreter after \a packet in that packets
523                                              interpreter chain.
524                                              \param[in] packet Packet to append new packet to.
525                                              \param[in] size Size of the packet to create in bytes
526                                              \param[in] noinit This parameter must always have the
527                                                  value \c senf::noinit. */
528         template <class ForwardReadableRange>
529         static ConcretePacket createAfter(Packet packet, 
530                                           ForwardReadableRange const & range);
531                                         ///< Create packet from given data after \a packet
532                                         /**< The packet will be created from a copy of the given
533                                              data. The data from the range will be copied directly
534                                              into the packet representation. The data will \e not be
535                                              validated in any way.  It will be appended as next
536                                              header/interpreter after \a packet in that packets
537                                              interpreter chain.
538                                              \param[in] packet Packet to append new packet to.
539                                              \param[in] range <a
540                                                  href="http://www.boost.org/libs/range/index.html">Boost.Range</a> 
541                                                  of data to construct packet from. */
542
543         // Create packet as new packet (header) before a given packet
544
545         static ConcretePacket createBefore(Packet packet); 
546                                         ///< Create default initialized packet before \a packet
547                                         /**< The packet will be initialized to it's default empty
548                                              state. It will be prepended as previous
549                                              header/interpreter before \a packet in that packets
550                                              interpreter chain.
551                                              \param[in] packet Packet to prepend new packet to. */
552         static ConcretePacket createBefore(Packet packet, NoInit_t);
553                                         ///< Create uninitialized empty packet before \a packet
554                                         /**< Creates a completely empty and uninitialized packet. It
555                                              will be prepended as previous header/interpreter before
556                                              \a packet in that packets interpreter chain.
557                                              \param[in] packet Packet to prepend new packet to. */
558         
559         // Create a clone of the current packet
560
561         ConcretePacket clone() const;
562
563         ///@}
564         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
565
566         // Field access
567
568         typename type::parser * operator->() const; ///< Access packet fields
569                                         /**< This operator allows to access the parsed fields of the
570                                              packet using the notation <tt>packet->field()</tt>. The
571                                              fields of the packet are specified by the PacketType's
572                                              \c parser member. 
573
574                                              The members are not strictly restricted to simple field
575                                              access. The parser class may have any member which is
576                                              needed for full packet access (e.g. checksum validation
577                                              / recreation ...)
578                                              \see \ref packetparser for the parser interface. */
579
580     protected:
581
582     private:
583         typedef PacketInterpreter<PacketType> interpreter;
584
585         ConcretePacket(typename interpreter::ptr packet_);
586         
587         typename interpreter::ptr ptr() const;
588
589         friend class Packet;
590         friend class PacketInterpreter<PacketType>;
591     };
592
593     ///@}
594
595 }
596
597 ///////////////////////////////hh.e////////////////////////////////////////
598 #endif
599 #if !defined(HH_Packets__decls_) && !defined(HH_Packet_i_)
600 #define HH_Packet_i_
601 #include "Packet.cci"
602 #include "Packet.ct"
603 #include "Packet.cti"
604 #endif
605
606 \f
607 // Local Variables:
608 // mode: c++
609 // fill-column: 100
610 // c-file-style: "senf"
611 // indent-tabs-mode: nil
612 // ispell-local-dictionary: "american"
613 // compile-command: "scons -u test"
614 // comment-column: 40
615 // End:
616