神马文学网TCP三次握手在linux内核中的实现
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/28 22:28:40
以下基于linux内核2.4.0源码(转自)
以前一直使用的网络通讯的函数都是工作在阻塞模式。在看connect实现源码时，突然想到tcp/ip的
三次握手在内核如何实现的，尤其是在非阻塞模式下式，涉及到等待对端回送ack包，而本端又要立即返
回，想来这种实现肯定是遵循某种规则或是将所有的相关函数组合起来。
查看一些网络通信书籍，可知果然如此。应用编程如果设置为非阻塞模式，则连接时，connect发送
SYN包后立即返回-EINPROGRESS，表示操作正在处理中；随后应用可以在connect返回后做一些其它的处理，
最后在select函数中来捕获socket的连接、读写、异常事件以触发相关操作，下面我们看看内核中的相关
实现：
一、tcp/ip连接的三次握手过程：
client SYN包---> server
client <---ACK包 server
client ACK包---> server
二、客户端支持
client发送2个包，一个SYN包，一个对服务器的响应ACK包。
client函数调用链：connect-->sys_connect->inet_stream_connect->tcp_connect...
看inet_stream_connect中实现的部分代码段：
...
switch (sock->state) {
...
/*此处调用tcp_connect函数发送SYN包*/
err = sk->prot->connect(sk, uaddr, addr_len);
if (err < 0) //出错则退出
goto out;
sock->state = SS_CONNECTING;
/* 此处仅设置socket的状态为SS_CONNECTING表示连接状态正在处理;
* 不同之处在于非阻塞情况下，返回值设置为-EINPROGRESS表示操作正在处理
* 而阻塞式情况则在获得ACK包后将返回值置为-EALREADY.
*/
err = -EINPROGRESS;
break;
}
timeo = sock_sndtimeo(sk, flags&O_NONBLOCK); //注意，如果此时设置了非阻塞选项，则timeo返回0
//如果socket对应的sock状态是SYN包已发送或收到SYN包并发送了ACK包，并等待对端发送第三此的ACK包
if ((1<state)&(TCPF_SYN_SENT|TCPF_SYN_RECV)) {
/* 错误返回码err前面已经设置 */
if (!timeo || !inet_wait_for_connect(sk, timeo))
/*注意上面所判断的2中情况，1、如果是非阻塞模式，则!timeo为1，则直接跳到out返回-EINPROGRESS结束connect函数
2、若为阻塞模式，则在inet_wait_for_connect函数中通过schedule_timeout函数放弃cpu控制权睡眠，等待服务器端
发送ACK响应包后被唤醒继续处理。如果没有异常出现，则置socket状态为SS_CONNECTED，表示连接成功，正确返回
*/
goto out;
err = sock_intr_errno(timeo);
if (signal_pending(current)) /*处理未决信号*/
goto out;
}
...
sock->state = SS_CONNECTED;
err = 0;
out:
release_sock(sk);
return err;
...
上面的描述有一个问题：对服务器的响应ACK包是什么时候发送的？对于非阻塞模式，应该是应用处理过程中
的某个异步时间；对于阻塞模式，则是在inet_wait_for_connect函数中睡眠时处理。
即网卡在收到对方的ack包后，上传给对应的socket时发送服务器的响应ACK包
函数调用链为：netif_rx-->net_rx_action-->...(IP层处理)-->tcp_v4_rcv-->tcp_v4_do_rcv-->
tcp_rcv_state_process-->tcp_rcv_synsent_state_process-->tcp_send_synack-->tcp_transmit_skb...
发送SYN包后，socket对应的sock的状态变成TCPF_SYN_SENT，网卡收到服务器的ack传到tcp层时，根据TCPF_SYN_SENT
状态，做相关判断后再发送用于第三次握手的ack包。至此，将socket的状态改为连接建立，即TCP_ESTABLISHED。
具体的代码大家可以根据我提供的函数调用链查看。
注意，以TCPF_前缀开头的状态都表示是中间状态，而已TCP_为前缀的状态才是socket的一个相对稳定的状态。
这里有一个疑问，，根据接收处理源码，先前的SYN包应该发送给服务器的监听socket，而第三次握手似乎应该发送给
连接(未真正连接，因为三次握手还没完成呢)的socket，这个问题有待进一步确认
三、服务器端支持
服务器端此时必须是监听状态，则其函数调用链为：
netif_rx-->net_rx_action-->...(IP层处理)-->tcp_v4_rcv-->tcp_v4_do_rcv-->
tcp_rcv_state_process-->tcp_v4_conn_request-->tcp_v4_send_synack...
在tcp_v4_conn_request,中部分代码如下：
...
case TCP_LISTEN:
if(th->ack) /*监听时收到的ack包都丢弃？*/
return 1;
if(th->syn) {/*如果是SYN包,则调用tcp_v4_conn_request*/
if(tp->af_specific->conn_request(sk, skb) < 0)
return 1;
...
四、后记
这里只是给了一个tcp/ip三次握手原理的实现框架简述，结合相关理论教材和这个流程，仔细阅读
linux内核对tcp/ip的实现，对自己理解tcp/ip的精髓不无裨益，期待着与大家一起进步。
以前一直使用的网络通讯的函数都是工作在阻塞模式。在看connect实现源码时，突然想到tcp/ip的
三次握手在内核如何实现的，尤其是在非阻塞模式下式，涉及到等待对端回送ack包，而本端又要立即返
回，想来这种实现肯定是遵循某种规则或是将所有的相关函数组合起来。
查看一些网络通信书籍，可知果然如此。应用编程如果设置为非阻塞模式，则连接时，connect发送
SYN包后立即返回-EINPROGRESS，表示操作正在处理中；随后应用可以在connect返回后做一些其它的处理，
最后在select函数中来捕获socket的连接、读写、异常事件以触发相关操作，下面我们看看内核中的相关
实现：
一、tcp/ip连接的三次握手过程：
client SYN包---> server
client <---ACK包 server
client ACK包---> server
二、客户端支持
client发送2个包，一个SYN包，一个对服务器的响应ACK包。
client函数调用链：connect-->sys_connect->inet_stream_connect->tcp_connect...
看inet_stream_connect中实现的部分代码段：
...
switch (sock->state) {
...
/*此处调用tcp_connect函数发送SYN包*/
err = sk->prot->connect(sk, uaddr, addr_len);
if (err < 0) //出错则退出
goto out;
sock->state = SS_CONNECTING;
/* 此处仅设置socket的状态为SS_CONNECTING表示连接状态正在处理;
* 不同之处在于非阻塞情况下，返回值设置为-EINPROGRESS表示操作正在处理
* 而阻塞式情况则在获得ACK包后将返回值置为-EALREADY.
*/
err = -EINPROGRESS;
break;
}
timeo = sock_sndtimeo(sk, flags&O_NONBLOCK); //注意，如果此时设置了非阻塞选项，则timeo返回0
//如果socket对应的sock状态是SYN包已发送或收到SYN包并发送了ACK包，并等待对端发送第三此的ACK包
if ((1<
/* 错误返回码err前面已经设置 */
if (!timeo || !inet_wait_for_connect(sk, timeo))
/*注意上面所判断的2中情况，1、如果是非阻塞模式，则!timeo为1，则直接跳到out返回-EINPROGRESS结束connect函数
2、若为阻塞模式，则在inet_wait_for_connect函数中通过schedule_timeout函数放弃cpu控制权睡眠，等待服务器端
发送ACK响应包后被唤醒继续处理。如果没有异常出现，则置socket状态为SS_CONNECTED，表示连接成功，正确返回
*/
goto out;
err = sock_intr_errno(timeo);
if (signal_pending(current)) /*处理未决信号*/
goto out;
}
...
sock->state = SS_CONNECTED;
err = 0;
out:
release_sock(sk);
return err;
...
上面的描述有一个问题：对服务器的响应ACK包是什么时候发送的？对于非阻塞模式，应该是应用处理过程中
的某个异步时间；对于阻塞模式，则是在inet_wait_for_connect函数中睡眠时处理。
即网卡在收到对方的ack包后，上传给对应的socket时发送服务器的响应ACK包
函数调用链为：netif_rx-->net_rx_action-->...(IP层处理)-->tcp_v4_rcv-->tcp_v4_do_rcv-->
tcp_rcv_state_process-->tcp_rcv_synsent_state_process-->tcp_send_synack-->tcp_transmit_skb...
发送SYN包后，socket对应的sock的状态变成TCPF_SYN_SENT，网卡收到服务器的ack传到tcp层时，根据TCPF_SYN_SENT
状态，做相关判断后再发送用于第三次握手的ack包。至此，将socket的状态改为连接建立，即TCP_ESTABLISHED。
具体的代码大家可以根据我提供的函数调用链查看。
注意，以TCPF_前缀开头的状态都表示是中间状态，而已TCP_为前缀的状态才是socket的一个相对稳定的状态。
这里有一个疑问，，根据接收处理源码，先前的SYN包应该发送给服务器的监听socket，而第三次握手似乎应该发送给
连接(未真正连接，因为三次握手还没完成呢)的socket，这个问题有待进一步确认
三、服务器端支持
服务器端此时必须是监听状态，则其函数调用链为：
netif_rx-->net_rx_action-->...(IP层处理)-->tcp_v4_rcv-->tcp_v4_do_rcv-->
tcp_rcv_state_process-->tcp_v4_conn_request-->tcp_v4_send_synack...
在tcp_v4_conn_request,中部分代码如下：
...
case TCP_LISTEN:
if(th->ack) /*监听时收到的ack包都丢弃？*/
return 1;
if(th->syn) {/*如果是SYN包,则调用tcp_v4_conn_request*/
if(tp->af_specific->conn_request(sk, skb) < 0)
return 1;
...
四、后记
这里只是给了一个tcp/ip三次握手原理的实现框架简述，结合相关理论教材和这个流程，仔细阅读
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