深入理解TCP协议及其源代码

Posted 2020-11-26 ustczjce

选择如下任一个问题，通过理论分析、源代码阅读和运行跟踪深入理解TCP协议完成一篇实验报告博客

• TCP协议的初始化及socket创建TCP套接字描述符；
• connect及bind、listen、accept背后的三次握手
• send和recv背后数据的首发过程
• close背后的连接终止过程
• 另外您也可以任选一个您感兴趣的角度比如封包构造和解析、拥塞控制、执行视图等来深入理解TCP协议

1.Tcp基本原理

TCP是一种面向连接、可靠、基于字节流的传输协议，位于TCP/IP模型的传输层。

• 面向连接：不同于UDP，TCP协议需要通信双方确定彼此已经建立连接后才可以进行数据传输；
• 可靠：连接建立的双方在进行通信时，TCP保证了不会存在数据丢失，或是数据丢失后存在拯救丢失的措施；
• 字节流：实际传输中，不论是何种数据，TCP都按照字节的方式传输，而非以数据包为单位。

针对它的这三种特性，本小节我们将对其原理进行探究。

1.1面向连接（三次握手）

• 第一次握手。如图，TCP双方在进行连接时首先由Client（客户端）发起连接请求，请求中附带连接参数，包括随机数字起点Seq（预防传输时字节序列被预测收到攻击），连接请求标志位SYN（占用1字节序号）等。
• 第二次握手：当Server（服务器）分配资源打开监听请求，收到客户端请求后，对请求头进行解析。若连接建立成功则分配相应资源，并返回针对客户端请求的确认报文，其中响应报文头部参数包括：连接建立标志位SYN、Server端针对该通信过程的随机Seq、针对该请求的确认号ack、可附加接收窗口大小信息等。

• 第三次握手。客户端收到服务端的确认连接请求后将会发送对该确认请求的确认（简单来说也就是A请求B，B告诉A准许，A再告诉B我知道你准许了），试想若不对该请求进行响应那么服务端将白白分配资源并等待。
  若以上三次握手都没问题则连接建立，在第三次握手的时候即可开始传送数据。

  1.2可靠

2.基本原理探究

在上次实验，我们通过追踪qemu底层的sys_call入口观察系统态和内核态之间的联系，理清了系统层面是怎样对底层接口进行调用的。在本小节，详细分析一下TCP协议在内核中的基本原理。

TCP协议的初始化及socket创建TCP套接字描述符

如图所示，上面展示了TCP调用系统内核中的相关函数进行资源分配和通信。经过上次实验对qemu的跟踪不难发现建立连接时在服务端经历了socket()->bind()->listen()->accept()四个步骤，在accet() 函数之后会等待客户端的连接建立请求。