tcp的半连接与完全连接队列源码分析

Posted 2021-01-06 shihuvini

TCP 协议中的 SYN queue 和 accept queue 处理 

若要理解本文意图说明的问题，可能需要以下知识背景：

• listen 系统调用的 backlog 参数含义，以及与 net.core.somaxconn 参数的关系；
• SYN flood 攻击与防护；
• SYN queue 和 accept queue 的用途，以及在不同 linux 版本中的实现差异；

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在 SYN queue 未满的情况下，在收到 SYN 包后，TCP 协议栈自动回复 SYN,ACK 包，之后在收到 ACK 时，根据 accept queue 状态进行后续处理；
若 SYN queue 已满，在收到 SYN 时
      若设置 net.ipv4.tcp_syncookies = 0 ，则直接丢弃当前 SYN 包；
      若设置 net.ipv4.tcp_syncookies = 1 ，则令 want_cookie = 1 继续后面的处理；
            若 accept queue 已满，并且 qlen_young 的值大于 1 ，则直接丢弃当前 SYN 包；
            若 accept queue 未满，或者 qlen_young 的值未大于 1 ，则输出 "possible SYN flooding on port %d. Sending cookies. "，生成 syncookie 并在 SYN,ACK 中带上；

---  以下源码取自 linux-2.6.32 版本 ---

int tcp_v4_conn_request(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
{
    ...
#ifdef CONFIG_SYN_COOKIES
	int want_cookie = 0;
#else
#define want_cookie 0 /* Argh, why doesn‘t gcc optimize this :( */
#endif
    ...
	/* TW buckets are converted to open requests without
	 * limitations, they conserve resources and peer is
	 * evidently real one.
	 */
	// 判定 SYN queue 是否已满
	if (inet_csk_reqsk_queue_is_full(sk) && !isn) {
#ifdef CONFIG_SYN_COOKIES
		if (sysctl_tcp_syncookies) {  // SYN queue 已满，并且设置了 net.ipv4.tcp_syncookies = 1 ，则设置 want_cookie = 1 以便后续处理
			want_cookie = 1;
		} else
#endif
		goto drop;    // 否则，直接丢弃当前 SYN 包
	}

	/* Accept backlog is full. If we have already queued enough
	 * of warm entries in syn queue, drop request. It is better than
	 * clogging syn queue with openreqs with exponentially increasing
	 * timeout.
	 */
	// 若此时 accept queue 也已满，并且 qlen_young 的值大于 1（即保存在 SYN queue 中未进行 SYN,ACK 重传的连接超过 1 个）
	// 则直接丢弃当前 SYN 包（相当于针对 SYN 进行了速率限制）
	if (sk_acceptq_is_full(sk) && inet_csk_reqsk_queue_young(sk) > 1)
		goto drop;
...
	// 若 accept queue 未满，或者 qlen_young 的值未大于 1
	if (want_cookie) {
#ifdef CONFIG_SYN_COOKIES
		syn_flood_warning(skb);  // 输出 "possible SYN flooding on port %d. Sending cookies.
"
		req->cookie_ts = tmp_opt.tstamp_ok;  // 为当前 socket 设置启用 cookie 标识
#endif
		// 生成 syncookie
		isn = cookie_v4_init_sequence(sk, skb, &req->mss);
	} else if (!isn) {
	    ...
	}
	// 保存 syncookie 值
	tcp_rsk(req)->snt_isn = isn;

	// 回复 SYN,ACK ，若之前设置了 net.ipv4.tcp_syncookies = 1 则会释放对应的 socket 结构
	if (__tcp_v4_send_synack(sk, req, dst) || want_cookie)
		goto drop_and_free;
		
	// 启动 SYN,ACK 重传定时器
	inet_csk_reqsk_queue_hash_add(sk, req, TCP_TIMEOUT_INIT);
	return 0;

drop_and_release:
	dst_release(dst);
drop_and_free:
	reqsk_free(req);
drop:
	return 0;
}

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若 accept queue 已满，在收到三次握手最后的 ACK 时
      若设置 tcp_abort_on_overflow = 1 ，则 TCP 协议栈回复 RST 包，并直接从 SYN queue 中删除该连接信息；
      若设置 tcp_abort_on_overflow = 0 ，则 TCP 协议栈将该连接标记为 acked ，但仍保留在 SYN queue 中，并启动 timer 以便重发 SYN,ACK 包；当 SYN,ACK 的重传次数超过 net.ipv4.tcp_synack_retries 设置的值时，再将该连接从 SYN queue 中删除；

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/*
 *	Process an incoming packet for SYN_RECV sockets represented
 *	as a request_sock.
 */
struct sock *tcp_check_req(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,
        struct request_sock *req,
        struct request_sock **prev)
{
    ...
	/* OK, ACK is valid, create big socket and
	 * feed this segment to it. It will repeat all
	 * the tests. THIS SEGMENT MUST MOVE SOCKET TO
	 * ESTABLISHED STATE. If it will be dropped after
	 * socket is created, wait for troubles.
	 */
	// 调用 net/ipv4/tcp_ipv4.c 中的 tcp_v4_syn_recv_sock 函数
	// 判定 accept queue 是否已经满，若已满，则返回的 child 为 NULL
	child = inet_csk(sk)->icsk_af_ops->syn_recv_sock(sk, skb, req, NULL);
	if (child == NULL)
		goto listen_overflow;

	// 在 accept queue 未满的情况下，将 ESTABLISHED 连接从 SYN queue 搬移到 accept queue 中
	inet_csk_reqsk_queue_unlink(sk, req, prev);
	inet_csk_reqsk_queue_removed(sk, req);

	inet_csk_reqsk_queue_add(sk, req, child);
	return child;

listen_overflow:
	// 若 accept queue 已满，但设置的是 net.ipv4.tcp_abort_on_overflow = 0
	if (!sysctl_tcp_abort_on_overflow) {
		inet_rsk(req)->acked = 1;    // 则只标记为 acked ，直接返回，相当于忽略当前 ACK
		return NULL;
	}

embryonic_reset:
	// 若 accept queue 已满，但设置的是 net.ipv4.tcp_abort_on_overflow = 1
	NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_EMBRYONICRSTS);   // 变更统计信息
	if (!(flg & TCP_FLAG_RST))
		req->rsk_ops->send_reset(sk, skb);   // 发送 RST

	inet_csk_reqsk_queue_drop(sk, req, prev);    // 直接从 SYN queue 中删除该连接信息
    return NULL;
}