TCP三次握手源码分析
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了TCP三次握手源码分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一. 基本知识
TCP报文结构：
相信大多数人都了解三次握手是什么了，这里就直接上图了：
已知内核会为任何一个给定的监听套接口维护一个队列，该队列由两部分构成，分别是完成连接接队列、未完成连接队列：
1、未完成连接队列（incomplete connection queue），当服务器每收到客户端的一个SYN，就会将该客户端放入未完成连接队列，而服务器套接口处于 SYN_RCVD 状态。
2、已完成连接队列（completed connection queue），当客户端和服务器彻底完成三次握手过程，客户端将从未完成连接队列升级成已完成连接队列，并从未完成连接队列中清空该客户端，这些套接口处于 ESTABLISHED 状态。
当来自客户端的SYN到达时，TCP在为完成连接队列中创建一个新项，然后是服务器的SYN响应，其中捎带对客户SYN的ACK，这一想一直保留到未完成连接队列，直到第三次握手时客户端向服务器发送的SYN和ACK到达或者该项超时为止，如果三次握手正常完成，该项就从未完成队列移到已完成连接队列的队尾。
linux中TCP编程的步骤：
本次实验主要关注三次握手的建立过程中源码究竟干了什么。
二. linux中的TCP握手过程
1. 第一次握手
client发送两个包，一个SYN包，一个对服务器的响应 ACK包。
首先客户端调用connect主动发起连接：
int __sys_connect(int fd, struct sockaddr __user *uservaddr, int addrlen) { struct socket *sock; struct sockaddr_storage address; int err, fput_needed; //得到socket对象 sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed); if (!sock) goto out; //将地址对象从用户空间拷贝到内核空间 err = move_addr_to_kernel(uservaddr, addrlen, &address); if (err < 0) goto out_put; //内核相关,不需要管他 err = security_socket_connect(sock, (struct sockaddr *)&address, addrlen); if (err) goto out_put; //对于流式套接字,sock->ops为 inet_stream_ops --> inet_stream_connect //对于数据报套接字,sock->ops为 inet_dgram_ops --> inet_dgram_connect err = sock->ops->connect(sock, (struct sockaddr *)&address, addrlen, sock->file->f_flags); out_put: fput_light(sock->file, fput_needed); out: return err; } SYSCALL_DEFINE3(connect, int, fd, struct sockaddr __user *, uservaddr, int, addrlen) { return __sys_connect(fd, uservaddr, addrlen); }
该函数一共做了三件事：
第一，根据文件描述符找到指定的socket对象；
第二，将地址信息从用户空间拷贝到内核空间；
第三，调用指定类型套接字的connect函数。
对应流式套接字的connect函数是inet_stream_connect，内部实际调用的是__inet_stream_connect，接着我们分析该函数：
int __inet_stream_connect(struct socket *sock, struct sockaddr *uaddr, int addr_len, int flags) { struct sock *sk = sock->sk; int err; long timeo; if (addr_len < sizeof(uaddr->sa_family)) return -EINVAL; //检查协议族 if (uaddr->sa_family == AF_UNSPEC) { err = sk->sk_prot->disconnect(sk, flags); sock->state = err ? SS_DISCONNECTING : SS_UNCONNECTED; goto out; } switch (sock->state) { default: err = -EINVAL; goto out; case SS_CONNECTED: err = -EISCONN; goto out; case SS_CONNECTING: err = -EALREADY; break; case SS_UNCONNECTED: err = -EISCONN; if (sk->sk_state != TCP_CLOSE) goto out; //对于流式套接字,sock->ops为 inet_stream_ops --> inet_stream_connect --> tcp_prot --> tcp_v4_connect err = sk->sk_prot->connect(sk, uaddr, addr_len); if (err < 0) goto out; //协议方面的工作已经处理完成了，但是自己的一切工作还没有完成，所以切换至正在连接中 sock->state = SS_CONNECTING; err = -EINPROGRESS; break; } //获取阻塞时间timeo。如果socket是非阻塞的，则timeo是0 //connect()的超时时间为sk->sk_sndtimeo，在sock_init_data()中初始化为MAX_SCHEDULE_TIMEOUT,表示无限等待，可以通过SO_SNDTIMEO选项来修改 timeo = sock_sndtimeo(sk, flags & O_NONBLOCK); if ((1 << sk->sk_state) & (TCPF_SYN_SENT | TCPF_SYN_RECV)) { int writebias = (sk->sk_protocol == IPPROTO_TCP) && tcp_sk(sk)->fastopen_req && tcp_sk(sk)->fastopen_req->data ? 1 : 0; //如果socket是非阻塞的，那么就直接返回错误码-EINPROGRESS。 //如果socket为阻塞的，就调用inet_wait_for_connect()，通过睡眠来等待。在以下三种情况下会被唤醒： //(1) 使用SO_SNDTIMEO选项时，睡眠时间超过设定值，返回0。connect()返回错误码-EINPROGRESS。 //(2) 收到信号，返回剩余的等待时间。connect()返回错误码-ERESTARTSYS或-EINTR。 //(3) 三次握手成功，sock的状态从TCP_SYN_SENT或TCP_SYN_RECV变为TCP_ESTABLISHED， if (!timeo || !inet_wait_for_connect(sk, timeo, writebias)) goto out; err = sock_intr_errno(timeo); //进程收到信号，如果err为-ERESTARTSYS，接下来库函数会重新调用connect() if (signal_pending(current)) goto out; } if (sk->sk_state == TCP_CLOSE) goto sock_error; //更新socket状态为连接已建立 sock->state = SS_CONNECTED; err = 0; out: return err; sock_error: err = sock_error(sk) ? : -ECONNABORTED; sock->state = SS_UNCONNECTED; //如果使用的是TCP，则sk_prot为tcp_prot，disconnect为tcp_disconnect() if (sk->sk_prot->disconnect(sk, flags)) //如果失败 sock->state = SS_DISCONNECTING; goto out; }
该函数主要做了三件事：
1. 检查socket地址长度和使用的协议族；
2. 检查socket的状态，必须是SS_UNCONNECTED或SS_CONNECTING；
3. 调用实现协议的connect函数，对于流式套接字，实现协议是tcp，调用的是tcp_v4_connect()；
4.对于阻塞调用，等待后续握手的完成；对于非阻塞调用，则直接返回 -EINPROGRESS。
TCP的三次握手一般由客户端通过connect发起，因此我们先来分析tcp_v4_connect的源代码：
int tcp_v4_connect(struct sock *sk, struct sockaddr *uaddr, int addr_len) { ...
//将下一跳地址和目的地址的临时变量都暂时设为用户提交的地址。 if (inet_opt && inet_opt->opt.srr) { if (!daddr) return -EINVAL; nexthop = inet_opt->opt.faddr; } //源端口和目的端口 orig_sport = inet->inet_sport; orig_dport = usin->sin_port; fl4 = &inet->cork.fl.u.ip4; //如果使用了来源地址路由，选择一个合适的下一跳地址。 rt = ip_route_connect(fl4, nexthop, inet->inet_saddr, RT_CONN_FLAGS(sk), sk->sk_bound_dev_if, IPPROTO_TCP, orig_sport, orig_dport, sk);
...//进行路由查找，并校验返回的路由的类型，TCP是不被允许使用多播和广播的 if (!inet_opt || !inet_opt->opt.srr) daddr = fl4->daddr; //更新目的地址临时变量——使用路由查找后返回的值 if (!inet->inet_saddr) inet->inet_saddr = fl4->saddr; sk_rcv_saddr_set(sk, inet->inet_saddr); //如果还没有设置源地址，和本地发送地址，则使用路由中返回的值 if (tp->rx_opt.ts_recent_stamp && inet->inet_daddr != daddr) { tp->rx_opt.ts_recent = 0; tp->rx_opt.ts_recent_stamp = 0; if (likely(!tp->repair)) tp->write_seq = 0; }
...
//保存目的地址及端口 inet->inet_dport = usin->sin_port; sk_daddr_set(sk, daddr); inet_csk(sk)->icsk_ext_hdr_len = 0; if (inet_opt) inet_csk(sk)->icsk_ext_hdr_len = inet_opt->opt.optlen; //设置最小允许的mss值 536 tp->rx_opt.mss_clamp = TCP_MSS_DEFAULT; //套接字状态被置为 TCP_SYN_SENT， tcp_set_state(sk, TCP_SYN_SENT); err = inet_hash_connect(&tcp_death_row, sk); if (err) goto failure; sk_set_txhash(sk); //动态选择一个本地端口，并加入 hash 表，与bind(2)选择端口类似 rt = ip_route_newports(fl4, rt, orig_sport, orig_dport, inet->inet_sport, inet->inet_dport, sk); ... //设置下一跳地址，以及网卡分片相关 sk->sk_gso_type = SKB_GSO_TCPV4; sk_setup_caps(sk, &rt->dst); //还未计算初始序号 if (!tp->write_seq && likely(!tp->repair)) //根据双方地址、端口计算初始序号 tp->write_seq = secure_tcp_sequence_number(inet->inet_saddr, inet->inet_daddr, inet->inet_sport, usin->sin_port); //为 TCP报文计算一个 seq值(实际使用的值是 tp->write_seq+1) --> 根据初始序号和当前时间，随机算一个初始id inet->inet_id = tp->write_seq ^ jiffies; //函数用来根据 sk 中的信息，构建一个完成的 syn 报文，并将它发送出去。 err = tcp_connect(sk); ...
在该函数主要完成：
1. 路由查找，得到下一跳地址，并更新socket对象的下一跳地址；
2. 将socket对象的状态设置为TCP_SYN_SENT；
3. 如果没设置序号初值，则选定一个随机初值；
4. 调用函数tcp_connect完成报文构建和发送。
继续看tcp_connect：
//由tcp_v4_connect()->tcp_connect()->tcp_transmit_skb()发送，并置为TCP_SYN_SENT. int tcp_connect(struct sock *sk) { struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk); struct sk_buff *buff; int err; //初始化传输控制块中与连接相关的成员 tcp_connect_init(sk); if (unlikely(tp->repair)) { tcp_finish_connect(sk, NULL); return 0; } //分配skbuff --> 为SYN段分配报文并进行初始化 buff = sk_stream_alloc_skb(sk, 0, sk->sk_allocation, true); if (unlikely(!buff)) return -ENOBUFS; //构建syn报文 //在函数tcp_v4_connect中write_seq已经被初始化随机值 tcp_init_nondata_skb(buff, tp->write_seq++, TCPHDR_SYN); tp->retrans_stamp = tcp_time_stamp; //将报文添加到发送队列上 tcp_connect_queue_skb(sk, buff); //显式拥塞通告 ---> //路由器在出现拥塞时通知TCP。当TCP段传递时，路由器使用IP首部中的2位来记录拥塞，当TCP段到达后， //接收方知道报文段是否在某个位置经历过拥塞。然而，需要了解拥塞发生情况的是发送方，而非接收方。因 //此，接收方使用下一个ACK通知发送方有拥塞发生，然后，发送方做出响应，缩小自己的拥塞窗口。 tcp_ecn_send_syn(sk, buff); err = tp->fastopen_req ? tcp_send_syn_data(sk, buff) : //构造tcp头和ip头并发送 tcp_transmit_skb(sk, buff, 1, sk->sk_allocation); if (err == -ECONNREFUSED) return err; tp->snd_nxt = tp->write_seq; tp->pushed_seq = tp->write_seq; TCP_INC_STATS(sock_net(sk), TCP_MIB_ACTIVEOPENS); //启动重传定时器 inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS, inet_csk(sk)->icsk_rto, TCP_RTO_MAX); return 0; }
该函数完成：
1 初始化套接字跟连接相关的字段。 2 申请sk_buff空间。 3 将sk_buff初始化为syn报文，实质是操作tcp_skb_cb，在初始化TCP头的时候会用到。 4 调用tcp_connect_queue_skb()函数将报文sk_buff添加到发送队列sk->sk_write_queue。 5 调用tcp_transmit_skb()函数构造tcp头，然后交给网络层。 6 初始化重传定时器
tcp_connect_queue_skb()函数的原理主要是移动sk_buff的data指针，然后填充TCP头。再然后将报文交给网络层，将报文发出。
这样，三次握手中的第一次握手在客户端的层面完成，报文到达服务端，由服务端处理完毕后，第一次握手完成，客户端socket状态变为TCP_SYN_SENT。
2. 第二次握手
当服务端收到客户端发送的报文之后，处理第二次握手，调用tcp_v4_rev，
int tcp_v4_rcv(struct sk_buff *skb) { ...//如果不是发往本地的数据包，则直接丢弃 if (skb->pkt_type != PACKET_HOST) goto discard_it; /* Count it even if it‘s bad */ __TCP_INC_STATS(net, TCP_MIB_INSEGS); ////包长是否大于TCP头的长度 if (!pskb_may_pull(skb, sizeof(struct tcphdr))) goto discard_it; ...//根据源端口号,目的端口号和接收的interface查找sock对象------>先在建立连接的哈希表中查找------>如果没找到就从监听哈希表中找 //对于建立过程来讲肯是监听哈希表中才能找到 sk = __inet_lookup_skb(&tcp_hashinfo, skb, __tcp_hdrlen(th), th->source, th->dest, &refcounted); //如果找不到处理的socket对象，就把数据报丢掉 if (!sk) goto no_tcp_socket;
...
//如果socket处于监听状态 --> 我们重点关注这里 if (sk->sk_state == TCP_LISTEN) { ret = tcp_v4_do_rcv(sk, skb); goto put_and_return; } sk_incoming_cpu_update(sk); bh_lock_sock_nested(sk); tcp_segs_in(tcp_sk(sk), skb); ret = 0; //查看是否有用户态进程对该sock进行了锁定 //如果sock_owned_by_user为真，则sock的状态不能进行更改 if (!sock_owned_by_user(sk)) { if (!tcp_prequeue(sk, skb)) ret = tcp_v4_do_rcv(sk, skb); } else if (tcp_add_backlog(sk, skb)) { goto discard_and_relse; } bh_unlock_sock(sk); put_and_return: if (refcounted) sock_put(sk); return ret; ...
}
该函数主要工作就是根据tcp头部信息查到报文的socket对象，然后检查socket状态从而做出不同处理，这里是状态是TCP_LISTEN，直接调用函数tcp_v4_do_rcv，不过该函数主要作用是防止洪泛和拥塞控制，和三次握手无关，接着是调用tcp_rcv_state_process，
//除了ESTABLISHED和TIME_WAIT状态外，其他状态下的TCP段处理都由本函数实现 int tcp_rcv_state_process(struct sock *sk, struct sk_buff *skb) { ...switch (sk->sk_state) { //SYN_RECV状态的处理 case TCP_CLOSE: goto discard; //服务端第一次握手处理 case TCP_LISTEN: if (th->ack) return 1; if (th->rst) goto discard; if (th->syn) { if (th->fin) goto discard; if (icsk->icsk_af_ops->conn_request(sk, skb) < 0) return 1; consume_skb(skb); return 0; } goto discard; //客户端第二次握手处理 case TCP_SYN_SENT: tp->rx_opt.saw_tstamp = 0; //处理SYN_SENT状态下接收到的TCP段 queued = tcp_rcv_synsent_state_process(sk, skb, th); if (queued >= 0) return queued; //处理完第二次握手后，还需要处理带外数据 tcp_urg(sk, skb, th); __kfree_skb(skb); //检测是否有数据需要发送 tcp_data_snd_check(sk); return 0; } ...switch (sk->sk_state) { case TCP_SYN_RECV: if (!acceptable) return 1; if (!tp->srtt_us) tcp_synack_rtt_meas(sk, req); if (req) { inet_csk(sk)->icsk_retransmits = 0; reqsk_fastopen_remove(sk, req, false); } else { //建立路由，初始化拥塞控制模块 icsk->icsk_af_ops->rebuild_header(sk); tcp_init_congestion_control(sk); tcp_mtup_init(sk); tp->copied_seq = tp->rcv_nxt; tcp_init_buffer_space(sk); } smp_mb(); //正常的第三次握手，设置连接状态为TCP_ESTABLISHED tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED); sk->sk_state_change(sk); //状态已经正常，唤醒那些等待的线程 if (sk->sk_socket) sk_wake_async(sk, SOCK_WAKE_IO, POLL_OUT); ... //更新最近一次发送数据包的时间 tp->lsndtime = tcp_time_stamp; tcp_initialize_rcv_mss(sk); //计算有关TCP首部预测的标志 tcp_fast_path_on(tp); break; ...
}
这是TCP建立连接的核心所在，几乎所有状态的套接字，在收到报文时都会在这里完成处理。对于服务端来说，收到第一次握手报文时的状态为TCP_LISTEN，接下来将由tcp_v4_conn_request函数处理，该函数实际调用的tcp_conn_request：
int tcp_conn_request(struct request_sock_ops *rsk_ops, const struct tcp_request_sock_ops *af_ops, struct sock *sk, struct sk_buff *skb) { ... //处理TCP SYN FLOOD攻击相关的东西
//Client发送SYN包给Server后挂了，Server回给Client的SYN-ACK一直没收到Client的ACK确认，这个时候这个连接既没建立起来， //也不能算失败。这就需要一个超时时间让Server将这个连接断开，否则这个连接就会一直占用Server的SYN连接队列中的一个位置， //大量这样的连接就会将Server的SYN连接队列耗尽，让正常的连接无法得到处理。 //目前，Linux下默认会进行5次重发SYN-ACK包，重试的间隔时间从1s开始，下次的重试间隔时间是前一次的双倍，5次的重试时间间隔 //为1s, 2s, 4s, 8s, 16s，总共31s，第5次发出后还要等32s都知道第5次也超时了，所以，总共需要 1s + 2s + 4s+ 8s+ 16s + 32s = 63s， //TCP才会把断开这个连接。由于，SYN超时需要63秒，那么就给攻击者一个攻击服务器的机会，攻击者在短时间内发送大量的SYN包给Server(俗称 SYN flood 攻击)， //用于耗尽Server的SYN队列。对于应对SYN 过多的问题，linux提供了几个TCP参数：tcp_syncookies、tcp_synack_retries、tcp_max_syn_backlog、tcp_abort_on_overflow 来调整应对。 if ((net->ipv4.sysctl_tcp_syncookies == 2 || inet_csk_reqsk_queue_is_full(sk)) && !isn) { want_cookie = tcp_syn_flood_action(sk, skb, rsk_ops->slab_name); if (!want_cookie) goto drop; } if (sk_acceptq_is_full(sk) && inet_csk_reqsk_queue_young(sk) > 1) { NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_LISTENOVERFLOWS); goto drop; } //分配一个request_sock对象来代表这个半连接 //在三次握手协议中，服务器维护一个半连接队列，该队列为每个客户端的SYN包开设一个条目(服务端在接收到SYN包的时候， //就已经创建了request_sock结构，存储在半连接队列中)，该条目表明服务器已收到SYN包，并向客户发出确认，正在等待客 //户的确认包（会进行第二次握手发送SYN＋ACK 的包加以确认）。这些条目所标识的连接在服务器处于Syn_RECV状态，当服 //务器收到客户的确认包时，删除该条目，服务器进入ESTABLISHED状态。该队列为SYN 队列，长度为 max(64, /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog) ， //在机器的tcp_max_syn_backlog值在/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog下配置。 req = inet_reqsk_alloc(rsk_ops, sk, !want_cookie); if (!req) goto drop; //特定协议的request_sock的特殊操作函数集 tcp_rsk(req)->af_specific = af_ops; tcp_clear_options(&tmp_opt); tmp_opt.mss_clamp = af_ops->mss_clamp; tmp_opt.user_mss = tp->rx_opt.user_mss; tcp_parse_options(skb, &tmp_opt, 0, want_cookie ? NULL : &foc); if (want_cookie && !tmp_opt.saw_tstamp) tcp_clear_options(&tmp_opt); tmp_opt.tstamp_ok = tmp_opt.saw_tstamp; //初始化连接请求块，包括request_sock、inet_request_sock、tcp_request_sock tcp_openreq_init(req, &tmp_opt, skb, sk); inet_rsk(req)->no_srccheck = inet_sk(sk)->transparent; inet_rsk(req)->ir_iif = inet_request_bound_dev_if(sk, skb); af_ops->init_req(req, sk, skb); ...//接收窗口初始化 tcp_openreq_init_rwin(req, sk, dst); if (!want_cookie) { tcp_reqsk_record_syn(sk, req, skb); fastopen_sk = tcp_try_fastopen(sk, skb, req, &foc, dst); }
...
drop_and_release: dst_release(dst); drop_and_free: reqsk_free(req); drop: tcp_listendrop(sk); return 0; }
在该函数中做了不少的事情，但是我们这里重点了解两点：
1 分配一个request_sock对象来代表这次连接请求（状态为TCP_NEW_SYN_RECV），如果没有设置防范syn flood相关的选项，则将该request_sock添加到established状态的tcp_sock散列表（如果设置了防范选项，则request_sock对象都没有，只有建立完成时才会分配）
2 调用tcp_v4_send_synack回复客户端ack，开启第二次握手
static int tcp_v4_send_synack(const struct sock *sk, struct dst_entry *dst, struct flowi *fl, struct request_sock *req, struct tcp_fastopen_cookie *foc, enum tcp_synack_type synack_type) { const struct inet_request_sock *ireq = inet_rsk(req); struct flowi4 fl4; int err = -1; struct sk_buff *skb; /* First, grab a route. */ //查找到客户端的路由 if (!dst && (dst = inet_csk_route_req(sk, &fl4, req)) == NULL) return -1; //根据路由、传输控制块、连接请求块中的构建SYN+ACK段 skb = tcp_make_synack(sk, dst, req, foc, synack_type); //生成SYN+ACK段成功 if (skb) { //生成校验码 __tcp_v4_send_check(skb, ireq->ir_loc_addr, ireq->ir_rmt_addr); //生成IP数据报并发送出去 err = ip_build_and_send_pkt(skb, sk, ireq->ir_loc_addr, ireq->ir_rmt_addr, ireq->opt); err = net_xmit_eval(err); } return err; }
查找客户端路由，构造syn包，然后调用ip_build_and_send_pkt，依靠网络层将数据报发出去。至此，第二次握手完成。客户端socket状态变为TCP_ESTABLISHED，此时服务端socket的状态为TCP_NEW_SYN_RECV。
3. 第三次握手
接下来调用如下函数进行第三次握手
int tcp_v4_rcv(struct sk_buff *skb) {
...
//收到握手最后一个ack后，会找到TCP_NEW_SYN_RECV状态的req，然后创建一个新的sock进入TCP_SYN_RECV状态，最终进入TCP_ESTABLISHED状态. 并放入accept队列通知select/epoll if (sk->sk_state == TCP_NEW_SYN_RECV) { struct request_sock *req = inet_reqsk(sk); struct sock *nsk; sk = req->rsk_listener; if (unlikely(tcp_v4_inbound_md5_hash(sk, skb))) { sk_drops_add(sk, skb); reqsk_put(req); goto discard_it; } if (unlikely(sk->sk_state != TCP_LISTEN)) { inet_csk_reqsk_queue_drop_and_put(sk, req); goto lookup; } sock_hold(sk); refcounted = true; //创建新的sock进入TCP_SYN_RECV state nsk = tcp_check_req(sk, skb, req, false); if (!nsk) { reqsk_put(req); goto discard_and_relse; } if (nsk == sk) { reqsk_put(req); //调用 tcp_rcv_state_process } else if (tcp_child_process(sk, nsk, skb)) { tcp_v4_send_reset(nsk, skb); goto discard_and_relse; } else {//成功后直接返回 sock_put(sk); return 0; } } }
进入tcp_check_req查看在第三次握手中如何创建新的socket，
struct sock *tcp_check_req(struct sock *sk, struct sk_buff *skb, struct request_sock *req, bool fastopen) { struct tcp_options_received tmp_opt; struct sock *child; const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb); __be32 flg = tcp_flag_word(th) & (TCP_FLAG_RST|TCP_FLAG_SYN|TCP_FLAG_ACK); bool paws_reject = false; bool own_req; tmp_opt.saw_tstamp = 0; if (th->doff > (sizeof(struct tcphdr)>>2)) { tcp_parse_options(skb, &tmp_opt, 0, NULL); if (tmp_opt.saw_tstamp) { tmp_opt.ts_recent = req->ts_recent; tmp_opt.ts_recent_stamp = get_seconds() - ((TCP_TIMEOUT_INIT/HZ)<<req->num_timeout); paws_reject = tcp_paws_reject(&tmp_opt, th->rst); } } if (TCP_SKB_CB(skb)->seq == tcp_rsk(req)->rcv_isn && flg == TCP_FLAG_SYN && !paws_reject) { if (!tcp_oow_rate_limited(sock_net(sk), skb, LINUX_MIB_TCPACKSKIPPEDSYNRECV, &tcp_rsk(req)->last_oow_ack_time) && !inet_rtx_syn_ack(sk, req)) { unsigned long expires = jiffies; expires += min(TCP_TIMEOUT_INIT << req->num_timeout, TCP_RTO_MAX); if (!fastopen) mod_timer_pending(&req->rsk_timer, expires); else req->rsk_timer.expires = expires; } return NULL; } if ((flg & TCP_FLAG_ACK) && !fastopen && (TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq != tcp_rsk(req)->snt_isn + 1)) return sk; if (paws_reject || !tcp_in_window(TCP_SKB_CB(skb)->seq, TCP_SKB_CB(skb)->end_seq, tcp_rsk(req)->rcv_nxt, tcp_rsk(req)->rcv_nxt + req->rsk_rcv_wnd)) { /* Out of window: send ACK and drop. */ if (!(flg & TCP_FLAG_RST) && !tcp_oow_rate_limited(sock_net(sk), skb, LINUX_MIB_TCPACKSKIPPEDSYNRECV, &tcp_rsk(req)->last_oow_ack_time)) req->rsk_ops->send_ack(sk, skb, req); if (paws_reject) __NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_PAWSESTABREJECTED); return NULL; } if (tmp_opt.saw_tstamp && !after(TCP_SKB_CB(skb)->seq, tcp_rsk(req)->rcv_nxt)) req->ts_recent = tmp_opt.rcv_tsval; if (TCP_SKB_CB(skb)->seq == tcp_rsk(req)->rcv_isn) { flg &= ~TCP_FLAG_SYN; } if (flg & (TCP_FLAG_RST|TCP_FLAG_SYN)) { __TCP_INC_STATS(sock_net(sk), TCP_MIB_ATTEMPTFAILS); goto embryonic_reset; }
if (!(flg & TCP_FLAG_ACK)) return NULL; if (fastopen) return sk; if (req->num_timeout < inet_csk(sk)->icsk_accept_queue.rskq_defer_accept && TCP_SKB_CB(skb)->end_seq == tcp_rsk(req)->rcv_isn + 1) { inet_rsk(req)->acked = 1; __NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_TCPDEFERACCEPTDROP); return NULL; }
// 生成child sk， 从ehash中删除req sock ipv4_specific --> tcp_v4_syn_recv_sock child = inet_csk(sk)->icsk_af_ops->syn_recv_sock(sk, skb, req, NULL, req, &own_req); if (!child) goto listen_overflow; //sk->sk_rxhash = skb->hash; sock_rps_save_rxhash(child, skb); //更新rtt_min,srtt,rto tcp_synack_rtt_meas(child, req); //插入accept队列 return inet_csk_complete_hashdance(sk, child, req, own_req); listen_overflow: if (!sysctl_tcp_abort_on_overflow) { inet_rsk(req)->acked = 1; return NULL; } embryonic_reset: if (!(flg & TCP_FLAG_RST)) { req->rsk_ops->send_reset(sk, skb); } else if (fastopen) { reqsk_fastopen_remove(sk, req, true); tcp_reset(sk); } if (!fastopen) { inet_csk_reqsk_queue_drop(sk, req); __NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_EMBRYONICRSTS); } return NULL; }
重点关注两点：
1 通过调用链tcp_v4_syn_recv_sock --> tcp_create_openreq_child --> inet_csk_clone_lock 生成新sock，状态设置为TCP_SYN_RECV；且tcp_v4_syn_recv_sock通过调用inet_ehash_nolisten将新sock加入ESTABLISHED状态的哈希表中;
2 通过调用inet_csk_complete_hashdance，将新sock插入accept队列.
至此我们得到一个代表本次连接的新sock，状态为TCP_SYN_RECV，接着调用tcp_child_process，进而调用tcp_rcv_state_process：
int tcp_child_process(struct sock *parent, struct sock *child, struct sk_buff *skb) { int ret = 0; int state = child->sk_state; tcp_segs_in(tcp_sk(child), skb); if (!sock_owned_by_user(child)) { ret = tcp_rcv_state_process(child, skb); /* Wakeup parent, send SIGIO */ if (state == TCP_SYN_RECV && child->sk_state != state) parent->sk_data_ready(parent); } else { /* Alas, it is possible again, because we do lookup * in main socket hash table and lock on listening * socket does not protect us more. */ __sk_add_backlog(child, skb); } bh_unlock_sock(child); sock_put(child); return ret; }
又回到了函数tcp_rcv_state_process，TCP_SYN_RECV状态的套接字将由以下代码处理：
//服务端第三次握手处理 case TCP_SYN_RECV: if (!acceptable) return 1; if (!tp->srtt_us) tcp_synack_rtt_meas(sk, req); if (req) { inet_csk(sk)->icsk_retransmits = 0; reqsk_fastopen_remove(sk, req, false); } else { //建立路由，初始化拥塞控制模块 icsk->icsk_af_ops->rebuild_header(sk); tcp_init_congestion_control(sk); tcp_mtup_init(sk); tp->copied_seq = tp->rcv_nxt; tcp_init_buffer_space(sk); } smp_mb(); //正常的第三次握手，设置连接状态为TCP_ESTABLISHED tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED); sk->sk_state_change(sk); //状态已经正常，唤醒那些等待的线程 if (sk->sk_socket) sk_wake_async(sk, SOCK_WAKE_IO, POLL_OUT); tp->snd_una = TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq; tp->snd_wnd = ntohs(th->window) << tp->rx_opt.snd_wscale; tcp_init_wl(tp, TCP_SKB_CB(skb)->seq); if (tp->rx_opt.tstamp_ok) tp->advmss -= TCPOLEN_TSTAMP_ALIGNED; if (req) { tcp_rearm_rto(sk); } else tcp_init_metrics(sk); if (!inet_csk(sk)->icsk_ca_ops->cong_control) tcp_update_pacing_rate(sk); //更新最近一次发送数据包的时间 tp->lsndtime = tcp_time_stamp; tcp_initialize_rcv_mss(sk); //计算有关TCP首部预测的标志 tcp_fast_path_on(tp); break;
可以看到代码对socket的窗口，mss等进行设置，以及最后将sock的状态设置为TCP_ESTABLISHED，致辞三次握手完成。等待用户调用accept，取出套接字使用。
另外，服务器端的listen()负责监听客户端的连接请求，并维护一个listen队列，当有客户端连接成功时，就把它放在listen队列里。
accept函数负责查看listen队列里面有没有成功连接，如果有则从队列中取出，没有则阻塞（直到获得一个成功连接返回）。它每取出一个成功连接，就会生成一个对应的accept fd，用于唯一标识该连接成功的客户端。
以上是关于TCP三次握手源码分析的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章