不可靠不重传的假 TCP

Posted 2022-08-16 dog250

还是那个面试题：如何用 TCP 实现不可靠传输？… 本文有趣，黑科技，仔细看。

…

TCP 是"运营商友好"的。运营商依据 TCP 状态机能以任意粒度对 TCP 连接进行任意管控，包括不限于限速，整形，重置，计费，TCP 和运营商是互惠的。

UDP 像脱缰野马变幻莫测，运营商只能一刀切，比如高峰期给所有 UDP 流量仅 10 % 的资源份额。

…

让运营商看起来是 TCP，但实际上是 UDP，可以考虑做一个假 TCP 封装。

最简单的，把 IP 协议号从 UDP(17) 改成 TCP(6)，复杂点就换个传输头，都可取。比如换头：
GitHub - marywangran/pseudotcp-tunnel

此外，各大厂也有各类冠以自研修饰的 XX 协议，它们有多么复杂自然不必多说，主要目的是卷。

我给一个 10 行代码实现的假 TCP，找到 Linux 内核 tcp_data_queue 函数，从注释处增加代码：

static void tcp_data_queue(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)

        struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
        bool fragstolen;
        int eaten;

        if (sk_is_mptcp(sk))
                mptcp_incoming_options(sk, skb);

        if (TCP_SKB_CB(skb)->seq == TCP_SKB_CB(skb)->end_seq) 
                __kfree_skb(skb);
                return;
        

        skb_dst_drop(skb);
        __skb_pull(skb, tcp_hdr(skb)->doff * 4);

        // 增加下列 if 语句 13 行代码，暂硬编码 5001 端口，只为 iperf 测试。
        if (inet_sk(sk)->inet_num == 5001 && after(TCP_SKB_CB(skb)->seq, tp->rcv_nxt)) 
                struct sk_buff *nskb;
                u32 n = TCP_SKB_CB(skb)->seq;
                if (!before(TCP_SKB_CB(skb)->seq, tp->rcv_nxt + tcp_receive_window(tp)))
                        goto out_of_window;
                nskb = skb_copy_expand(skb, n - tp->rcv_nxt, 0, GFP_ATOMIC);
                if (likely(nskb)) 
                        skb_put_padto(nskb, n - tp->rcv_nxt + skb->len);
                        consume_skb(skb);
                        skb = nskb;
                        TCP_SKB_CB(skb)->seq = tp->rcv_nxt;
                
        

        tp->rx_opt.dsack = 0;

将这代码部署在接收端，事竟成。

意思是保证发送端 una 不断前推，不会收到 sack 和 dupack，也就不会重传。如下图：

简单说，收到空洞，空洞立即被填充，丢包补零不重传，这种粗暴策略意味着即使真发生乱序，数据也会被 0 填充掉。但简单啊。

看效果：

解释一下测试结果，为什么假 TCP 对丢包无感。

假 TCP 是有损传输，iperf 并不校验这种有损，所以即使结果带宽很大，有效的到达数据却随丢包率增加而减小。strace 观测 iperf 接收端实际接收到的数据：

这些 0 即被填充的 0，即有损传输的体现。丢包率越高，0 的比例越高。

结合优质高尚的编码可最大限度消除有损传输的质量伤害，还记得传皮鞋那个吗？参见：有损传输示例

再举一例。用有损传输方式接收一个 html 文档，会是一堆乱码吗？并不会。

若有数据丢失，至多丢失一些 HTML 标签和内容，HTML 标签封闭嵌套特点使标签自动补全变得可行且容易，最终依然可得到一个虽缺失部分内容但浏览器依然可展示的文档。

不仅如此，这些 0 还有妙用。通过分析一段时间内这些 0 的分布，绘制一幅拥塞画像是高尚的。
说说假 TCP 有什么用，到底哪里需要把 UDP 伪装成 TCP？

仅在接收端部署那 13 行代码，TCP 就五脏俱全了，这本就是一个真的 TCP，足以糊弄运营商的行为也就不能叫欺骗。除了不重传，TCP 的特性一样不少。

不重传意味着传输有损，收益是消除了重传时延，非常适合承载时延敏感的业务，如 VNC，流媒体。它适合传输任何 UDP 数据，以绕过运营商对 UDP 的一刀切管控，用这个协议搭建的隧道是通用，高尚的隧道。

…

两三事：

• 常见的面试题，如何用 UDP 实现可靠传输，但不高尚。高尚的面试题应该是，如何用 TCP 实现不可靠传输。
• TCP 的不可靠传输：TCP的不可靠传输
• 搭建隧道时还在 TCP 和 UDP 中二选一吗？
• 还在自研万行代码级的协议吗？本文只是个把戏，实际可以做得更好，比如给个窗口 Buffer，允许乱序的发生，Buffer full 了才补零。
• 黑科技每周都有，你肯看，我就有。

周中有朋友问起假 TCP 的事，我说抽空写一篇。这种协议要看你想要多假，可以只封装个 TCP 头，但要更逼真，就要能让运营商设备识别 Session，这一步很重要，运营商正是因为容易识别 TCP Session，才视 TCP 为友好的。于是假 TCP 变得复杂… 反着做，在真 TCP 上做减法，把约束一个个卸掉，直到它足够假，也就假亦真时真亦假了。当然，三次握手要斟酌，对于长连接，这无关紧要，可对于短连接，重试成本低到是否可靠也同样无关紧要。不过我依然有办法连三次握手也优化掉，不过要下回分解。

浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。