TCP第三次握手传数据过程图解

TCP第三次握手传数据过程图解

RFC793文档里带有SYN标志的过程包是不可以携带数据的,也就是说三次握手的前两次是不可以携带数据的(逻辑上看,连接还没建立,携带数据好像也有点说不过去)。重点就是第三次握手可不可以携带数据。

先说结论:TCP协议建立连接的三次握手过程中的第三次握手允许携带数据。

TCP第三次握手传数据过程图解

对照着上边的TCP状态变化图的连接建立部分,我们看下RFC793文档的说法。RFC793文档给出的说法如下(省略不重要的部分):

TCP第三次握手传数据过程图解

重点是这句 “Data or controls which were queued for transmission may be included”,也就是说标准表示,第三次握手的ACK包是可以携带数据。

首先, 第三次握手的包是由连接发起方(以下简称客户端)发给端口监听方(以下简称服务端)的,所以只需要找到内核协议栈在一个连接处于SYN-RECV(图中的SYN_RECEIVED)状态时收到包之后的处理过程即可。经过一番搜索后找到了,位于 net\ipv4目录下tcp_input.c文件中的tcp_rcv_state_process函数处理这个过程。如图:

TCP第三次握手传数据过程图解

这个函数实际上是个TCP状态机,用于处理TCP连接处于各个状态时收到数据包的处理工作。这里有几个并列的switch语句,因为函数很长,所以比较容易看错层次关系。下图是精简了无需关注的代码之后SYN-RECV状态的处理过程:

TCP第三次握手传数据过程图解

一定要注意这两个switch语句是并列的。所以当TCP_SYN_RECV状态收到合法规范的二次握手包之后,就会立即把socket状态设置为TCP_ESTABLISHED状态,执行到下面的TCP_ESTABLISHED状态的case时,会继续处理其包含的数据(如果有)。

上面表明了,当客户端发过来的第三次握手的ACK包含有数据时,服务端是可以正常处理的。那么客户端那边呢?那看看客户端处于SYN-SEND状态时,怎么发送第三次ACK包吧。如图:

TCP第三次握手传数据过程图解

tcp_rcv_synsent_state_process函数的实现比较长,这里直接贴出最后的关键点:

TCP第三次握手传数据过程图解

一目了然吧?if 条件不满足直接回复单独的ACK包,如果任意条件满足的话则使用inet_csk_reset_xmit_timer函数设置定时器等待短暂的时间。这段时间如果有数据,随着数据发送ACK,没有数据回复ACK。

之前的疑问算是解决了。

条件1:sk->sk_write_pending != 0

这个值默认是0的,那什么情况会导致不为0呢?答案是协议栈发送数据的函数遇到socket状态不是ESTABLISHED的时候,会对这个变量做++操作,并等待一小会时间尝试发送数据。看图:

TCP第三次握手传数据过程图解

net/core/stream.c里的sk_stream_wait_connect函数做了如下操作:

TCP第三次握手传数据过程图解

sk->sk_write_pending递增,并且等待socket连接到达ESTABLISHED状态后发出数据。这就解释清楚了。

Linux socket的默认工作方式是阻塞的,也就是说,客户端的connect调用在默认情况下会阻塞,等待三次握手过程结束之后或者遇到错误才会返回。那么nc这种完全用阻塞套接字实现的且没有对默认socket参数进行修改的命令行小程序会乖乖等待connect返回成功或者失败才会发送数据的,这就是我们抓不到第三次握手的包带有数据的原因。

那么设置非阻塞套接字,connect后立即send数据,连接过程不是瞬间连接成功的话,也许有机会看到第三次握手包带数据。不过开源的网络库即便是非阻塞socket,也是监听该套接字的可写事件,再次确认连接成功才会写数据。为了节省这点几乎可以忽略不计的性能,真的不如安全可靠的代码更有价值。

条件2:icsk->icsk_accept_queue.rskq_defer_accept != 0

这个条件好奇怪,defer_accept是个socket选项,用于推迟accept,实际上是当接收到第一个数据之后,才会创建连接。tcp_defer_accept这个选项一般是在服务端用的,会影响socket的SYN和ACCEPT队列。默认不设置的话,三次握手完成,socket就进入accept队列,应用层就感知到并ACCEPT相关的连接。当tcp_defer_accept设置后,三次握手完成了,socket也不进入ACCEPT队列,而是直接留在SYN队列(有长度限制,超过内核就拒绝新连接),直到数据真的发过来再放到ACCEPT队列。设置了这个参数的服务端可以accept之后直接read,必然有数据,也节省一次系统调用。

SYN队列保存SYN_RECV状态的socket,长度由net.ipv4.tcp_max_syn_backlog参数控制,accept队列在listen调用时,backlog参数设置,内核硬限制由 net.core.somaxconn 限制,即实际的值由min(backlog,somaxconn) 来决定。

有意思的是如果客户端先bind到一个端口和IP,然后setsockopt(TCP_DEFER_ACCEPT),然后connect服务器,这个时候就会出现rskq_defer_accept=1的情况,这时候内核会设置定时器等待数据一起在回复ACK包。我个人从未这么做过,难道只是为了减少一次ACK的空包发送来提高性能?哪位同学知道烦请告知,谢谢。

条件3:icsk->icsk_ack.pingpong != 0

pingpong这个属性实际上也是一个套接字选项,用来表明当前链接是否为交互数据流,如其值为1,则表明为交互数据流,会使用延迟确认机制。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持kinponet。

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