Linuxカーネルプロトコルスタック接続システム呼び出しIIは、SYN + ACKを受信し、ACKを送信します

目次

1接続ブロックモードの概要

2.クライアントはSYN + ACKメッセージを受信します

2.1TCP状態処理インターフェイスtcp_rcv_state_process

2.2SYN_SENT状態入力メッセージ処理tcp_rcv_synsent_state_process

2.2.1同時オープン状態遷移について

3.ACKメッセージtcp_send_ackをサーバーに送信します

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1接続ブロックモードの概要

クライアントがconnectを呼び出してSYNを送信すると、その状態がSYN_SENTに切り替わります。ソケットソックが非ブロッキングモードの場合、接続システム呼び出しは直接戻ります。ソックがブロッキングモードの場合、接続カーネルは最終的にinet_wait_for_connectでブロックします。 、sockの状態はSYN_SENTまたはSYN_RECVの2つの状態で維持され、ウェイクアップがsockをTCP_ESTABLISHED（SYN + ACK受信）またはTCP_CLOSE（RST受信）に切り替えるのを待機します。

2.クライアントはSYN + ACKメッセージを受信します

SYN要求メッセージを送信した後、TCBの状態はTCP_CLOSEからTCP_SYN_SENTに移行されるため、応答を受信した後、tcp_rcv_state_process（）によって処理されます。

2.1TCP状態処理インターフェイスtcp_rcv_state_process

/*
 *	This function implements the receiving procedure of RFC 793 for
 *	all states except ESTABLISHED and TIME_WAIT.
 *	It's called from both tcp_v4_rcv and tcp_v6_rcv and should be
 *	address independent.
 */

int tcp_rcv_state_process(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,
			  struct tcphdr *th, unsigned len)
{
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
	struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
	int queued = 0;

	tp->rx_opt.saw_tstamp = 0;

	switch (sk->sk_state) {
	...
	case TCP_SYN_SENT:
		//由tcp_rcv_synsent_state_process()处理输入报文
		queued = tcp_rcv_synsent_state_process(sk, skb, th, len);
		//返回值大于0表示处理失败，这会导致调用者向服务器端发送RST报文
		if (queued >= 0)
			return queued;

		/* Do step6 onward by hand. */
		//处理紧急数据
		tcp_urg(sk, skb, th);
		__kfree_skb(skb);
		//检测是否有数据要发送，对于客户端，三次握手完成，可以继续发送数据
		tcp_data_snd_check(sk);
		return 0;
	}
}

2.2SYN_SENT状態入力メッセージ処理tcp_rcv_synsent_state_process

@返回1：发送复位报文；
@返回0：处理正常，停止对数据包的后续处理；
@返回-1：处理正常，继续处理紧急数据，并且尝试触发发送逻辑
static int tcp_rcv_synsent_state_process(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,
					 struct tcphdr *th, unsigned len)
{
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
	struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
	int saved_clamp = tp->rx_opt.mss_clamp;

	//解析TCP选项
	tcp_parse_options(skb, &tp->rx_opt, 0);

	//报文中携带了ACK标记
	if (th->ack) {
		/* rfc793:
		 * "If the state is SYN-SENT then
		 *    first check the ACK bit
		 *      If the ACK bit is set
		 *	  If SEG.ACK =< ISS, or SEG.ACK > SND.NXT, send
		 *        a reset (unless the RST bit is set, if so drop
		 *        the segment and return)"
		 *
		 *  We do not send data with SYN, so that RFC-correct
		 *  test reduces to:
		 */
		//输入报文不是对SYN报文的确认，会向对端发送RST报文
		if (TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq != tp->snd_nxt)
			goto reset_and_undo;
		//时间戳选项
		if (tp->rx_opt.saw_tstamp && tp->rx_opt.rcv_tsecr &&
		    !between(tp->rx_opt.rcv_tsecr, tp->retrans_stamp,
			     tcp_time_stamp)) {
			NET_INC_STATS_BH(LINUX_MIB_PAWSACTIVEREJECTED);
			goto reset_and_undo;
		}

		/* Now ACK is acceptable.
		 *
		 * "If the RST bit is set
		 *    If the ACK was acceptable then signal the user "error:
		 *    connection reset", drop the segment, enter CLOSED state,
		 *    delete TCB, and return."
		 */
		//上面的检查保证了是ACK报文，这里检查是否是RST报文，是则复位TCB
		if (th->rst) {
			tcp_reset(sk);
			goto discard;
		}

		/* rfc793:
		 *   "fifth, if neither of the SYN or RST bits is set then
		 *    drop the segment and return."
		 *
		 *    See note below!
		 *                                        --ANK(990513)
		 */
		//这个状态 SYN_SENT 的收到的不是 SYN+ACK 报文,不处理
		if (!th->syn)
			goto discard_and_undo;

            //这个状态 SYN_SENT 的收到 SYN+ACK 报文
	    //初始化TCB中的一些字段

		/* rfc793:
		 *   "If the SYN bit is on ...
		 *    are acceptable then ...
		 *    (our SYN has been ACKed), change the connection
		 *    state to ESTABLISHED..."
		 */
		TCP_ECN_rcv_synack(tp, th);
		tp->snd_wl1 = TCP_SKB_CB(skb)->seq;
		tcp_ack(sk, skb, FLAG_SLOWPATH);

		/* Ok.. it's good. Set up sequence numbers and
		 * move to established.
		 */
		tp->rcv_nxt = TCP_SKB_CB(skb)->seq + 1;
		tp->rcv_wup = TCP_SKB_CB(skb)->seq + 1;

		/* RFC1323: The window in SYN & SYN/ACK segments is
		 * never scaled.
		 */
		tp->snd_wnd = ntohs(th->window);
		tcp_init_wl(tp, TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq, TCP_SKB_CB(skb)->seq);

		if (!tp->rx_opt.wscale_ok) {
			tp->rx_opt.snd_wscale = tp->rx_opt.rcv_wscale = 0;
			tp->window_clamp = min(tp->window_clamp, 65535U);
		}

		if (tp->rx_opt.saw_tstamp) {
			tp->rx_opt.tstamp_ok	   = 1;
			tp->tcp_header_len =
				sizeof(struct tcphdr) + TCPOLEN_TSTAMP_ALIGNED;
			tp->advmss	    -= TCPOLEN_TSTAMP_ALIGNED;
			tcp_store_ts_recent(tp);
		} else {
			tp->tcp_header_len = sizeof(struct tcphdr);
		}

		if (tcp_is_sack(tp) && sysctl_tcp_fack)
			tcp_enable_fack(tp);

		tcp_mtup_init(sk);
		tcp_sync_mss(sk, icsk->icsk_pmtu_cookie);
		tcp_initialize_rcv_mss(sk);

		/* Remember, tcp_poll() does not lock socket!
		 * Change state from SYN-SENT only after copied_seq
		 * is initialized. */
		tp->copied_seq = tp->rcv_nxt;
		smp_mb();
		//对于客户端，收到SYN+ACK后就可以将TCB状态迁移到TCP_ESTABLISHED了
		tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED);

		security_inet_conn_established(sk, skb);

		/* Make sure socket is routed, for correct metrics.  */
		icsk->icsk_af_ops->rebuild_header(sk);

		tcp_init_metrics(sk);
		//初始化拥塞控制
		tcp_init_congestion_control(sk);

		/* Prevent spurious tcp_cwnd_restart() on first data
		 * packet.
		 */
		tp->lsndtime = tcp_time_stamp;
		//初始化收发缓冲区
		tcp_init_buffer_space(sk);

		//如果需要，启动保活定时器
		if (sock_flag(sk, SOCK_KEEPOPEN))
			inet_csk_reset_keepalive_timer(sk, keepalive_time_when(tp));

		//设置首部预测标记
		if (!tp->rx_opt.snd_wscale)
			__tcp_fast_path_on(tp, tp->snd_wnd);
		else
			tp->pred_flags = 0;

		//唤醒connect()系统调用，因为调用者很有可能在阻塞等待
		if (!sock_flag(sk, SOCK_DEAD)) {
			sk->sk_state_change(sk);
			sk_wake_async(sk, SOCK_WAKE_IO, POLL_OUT);
		}

		//确定是执行快速ACK还是延时ACK
		if (sk->sk_write_pending ||
		    icsk->icsk_accept_queue.rskq_defer_accept ||
		    icsk->icsk_ack.pingpong) {
			/* Save one ACK. Data will be ready after
			 * several ticks, if write_pending is set.
			 *
			 * It may be deleted, but with this feature tcpdumps
			 * look so _wonderfully_ clever, that I was not able
			 * to stand against the temptation 8)     --ANK
			 */
			inet_csk_schedule_ack(sk);
			icsk->icsk_ack.lrcvtime = tcp_time_stamp;
			icsk->icsk_ack.ato	 = TCP_ATO_MIN;
			tcp_incr_quickack(sk);
			tcp_enter_quickack_mode(sk);
			inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_DACK,
						  TCP_DELACK_MAX, TCP_RTO_MAX);

discard:
			__kfree_skb(skb);
			return 0;
		} else {
			//立即确认
			tcp_send_ack(sk);
		}
		return -1;
	}

	//输入报文中携带了复位标记，返回1，向对端发送RST
	if (th->rst) {
		/* rfc793:
		 * "If the RST bit is set
		 *
		 *      Otherwise (no ACK) drop the segment and return."
		 */

		goto discard_and_undo;
	}

	/* PAWS check. */
	if (tp->rx_opt.ts_recent_stamp && tp->rx_opt.saw_tstamp &&
	    tcp_paws_check(&tp->rx_opt, 0))
		goto discard_and_undo;

	//收到了SYN请求报文，属于同时打开的场景
	if (th->syn) {
		/* We see SYN without ACK. It is attempt of
		 * simultaneous connect with crossed SYNs.
		 * Particularly, it can be connect to self.
		 */
		//当前状态为TCP_SYN_SENT，收到SYN后状态迁移到TCP_SYN_RECV
		tcp_set_state(sk, TCP_SYN_RECV);

		//重新初始化TCB的一些字段
		if (tp->rx_opt.saw_tstamp) {
			tp->rx_opt.tstamp_ok = 1;
			tcp_store_ts_recent(tp);
			tp->tcp_header_len =
				sizeof(struct tcphdr) + TCPOLEN_TSTAMP_ALIGNED;
		} else {
			tp->tcp_header_len = sizeof(struct tcphdr);
		}

		tp->rcv_nxt = TCP_SKB_CB(skb)->seq + 1;
		tp->rcv_wup = TCP_SKB_CB(skb)->seq + 1;

		/* RFC1323: The window in SYN & SYN/ACK segments is
		 * never scaled.
		 */
		tp->snd_wnd    = ntohs(th->window);
		tp->snd_wl1    = TCP_SKB_CB(skb)->seq;
		tp->max_window = tp->snd_wnd;

		TCP_ECN_rcv_syn(tp, th);

		tcp_mtup_init(sk);
		tcp_sync_mss(sk, icsk->icsk_pmtu_cookie);
		tcp_initialize_rcv_mss(sk);
		//向服务器端发送SYN+ACK报文，当再次收到服务器端的ACK后，三次握手成功，进入连接态
		tcp_send_synack(sk);
		//丢弃收到的SYN报文，然后返回0，停止后续处理
		goto discard;
	}
	/* "fifth, if neither of the SYN or RST bits is set then
	 * drop the segment and return."
	 */

discard_and_undo:
	tcp_clear_options(&tp->rx_opt);
	tp->rx_opt.mss_clamp = saved_clamp;
	goto discard;

reset_and_undo:
	//清空选项，会向对端发送RST
	tcp_clear_options(&tp->rx_opt);
	tp->rx_opt.mss_clamp = saved_clamp;
	return 1;
}

2.2.1同時オープン状態遷移について

同時に開かれた状態遷移プロセスを次の図に示します。

基本的に、この場合、クライアントはサーバー側で3ウェイハンドシェイクプロセスを終了します。

3.ACKメッセージtcp_send_ackをサーバーに送信します

即時確認であろうと遅延確認であろうと、最終的にtcp_send_ack（）を介して完了します。これにより、ACKメッセージが生成および送信され、送信ウィンドウが更新されます。

/* This routine sends an ack and also updates the window. */
void tcp_send_ack(struct sock *sk)
{
	struct sk_buff *buff;

	/* If we have been reset, we may not send again. */
	if (sk->sk_state == TCP_CLOSE)
		return;

	/* We are not putting this on the write queue, so
	 * tcp_transmit_skb() will set the ownership to this
	 * sock.
	 */
	//分配skb用于组装ACK报文
	buff = alloc_skb(MAX_TCP_HEADER, GFP_ATOMIC);
	if (buff == NULL) {
		inet_csk_schedule_ack(sk);
		inet_csk(sk)->icsk_ack.ato = TCP_ATO_MIN;
		inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_DACK,
					  TCP_DELACK_MAX, TCP_RTO_MAX);
		return;
	}

	/* Reserve space for headers and prepare control bits. */
	//初始化ACK报文
	skb_reserve(buff, MAX_TCP_HEADER);
	tcp_init_nondata_skb(buff, tcp_acceptable_seq(sk), TCPCB_FLAG_ACK);

	/* Send it off, this clears delayed acks for us. */
	//发送该确认报文
	TCP_SKB_CB(buff)->when = tcp_time_stamp;
	tcp_transmit_skb(sk, buff, 0, GFP_ATOMIC);
}