(2) linux 3.x


http://blog.csdn.net/zhangskd/article/details/17576911


本文主要分析：服务器端如何构造和发送SYNACK段。

内核版本：3.6

Author：zhangskd @ csdn blog

发送入口

tcp_v4_send_synack()用于发送SYNACK段，在tcp_v4_conn_request()中被调用。

首先调用tcp_make_synack()构造SYNACK段，主要是构造TCP报头和初始化skb中的一些字段。

然后调用ip_build_and_send_pkt()添加IP报头后发送出去。

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  1. /* Send a SYN-ACK after having received a SYN. 
  2.  * This still operates on a request_sock only, not on a big socket. 
  3.  */  
  4.   
  5. static int tcp_v4_send_synack(struct sock *sk, struct dst_entry *dst, struct request_sock *req,  
  6.      struct request_values *rvp, u16 queue_mapping, bool nocache)  
  7. {  
  8.     const struct inet_request_sock *ireq = inet_rsk(req);  
  9.     struct flowi4 fl4;  
  10.     int err = -1;  
  11.     struct sk_buff *skb;  
  12.   
  13.     /* First, grab a route. 
  14.      * 获取路由缓存。 
  15.      */  
  16.     if (! dst && (dst = inet_csk_route_req(sk, &fl4, req)) == NULL)  
  17.         return -1;  
  18.   
  19.     /* 构造一个SYNACK段，初始化TCP首部和skb中的一些字段。*/  
  20.     skb = tcp_make_synack(sk, dst, req, rvp);  
  21.   
  22.     if (skb) {  
  23.         /* 计算TCP报文的校验和 */  
  24.         __tcp_v4_send_check(skb, ireq->loc_addr, ireq->rmt_addr);  
  25.         skb_set_queue_mapping(skb, queue_mapping);  
  26.   
  27.         /* 添加IP报头，并把此SYNACK段发送出去 */  
  28.         err = ip_build_and_send_pkt(skb, sk, ireq->loc_addr, ireq->rmt_addr, ireq->opt);  
  29.         err = net_xmit_eval(err);  
  30.     }  
  31.   
  32.     return err;  
  33. }  

构造SYNACK段

构造一个SYNACK段，初始化TCP报头和skb中的一些字段。

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  1. /** 
  2.  * tcp_make_synack - Prepare a SYN-ACK. 
  3.  * sk: listener socket 
  4.  * dst: dst entry attached to the SYNACK 
  5.  * req: request_sock pointer 
  6.  * rvp: request_values pointer 
  7.  * 
  8.  * Allocate one skb and build a SYNACK packet. 
  9.  * @dst is consumed: Caller should not use it again. 
  10.  */  
  11.   
  12. struct sk_buff *tcp_make_synack(struct sock *sk, struct dst_entry *dst, struct request_sock *req,  
  13.      struct request_values *rvp)  
  14. {  
  15.     struct tcp_out_options opts;  
  16.     struct tcp_extend_values *xvp = tcp_xv(rvp);  
  17.     struct inet_request_sock *ireq = inet_rsk(req);  
  18.     struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);  
  19.     const struct tcp_cookie_values *cvp = tp->cookie_values;  
  20.     struct tcphdr *th;  
  21.     struct sk_buff *skb;  
  22.     struct tcp_md5sig_key *md5;  
  23.     int tcp_header_size;  
  24.     int mss;  
  25.     int s_data_desired = 0;  
  26.   
  27.     if (cvp != NULL && cvp->s_data_constant && cvp->s_data_desired)  
  28.         s_data_desired = cvp->s_data_desired;  
  29.   
  30.     /* 申请一个skb，用于发送SYNACK */  
  31.     skb = alloc_skb(MAX_TCP_HEADER + 15 + s_data_desired, sk_gfp_atomic(sk, GFP_ATOMIC));  
  32.     if (unlikely(! skb)) {  
  33.         dst_release(dst);  
  34.         return NULL;  
  35.     }  
  36.      
  37.     /* Reserve space for headers.  
  38.      * 拓展headroom，为MAC、IP、TCP协议头预留空间。 
  39.      */  
  40.     skb_reserve(skb, MAX_TCP_HEADER);  
  41.     skb_dst_set(skb, dst); /* 保存路由缓存的地址 */  
  42.   
  43.     /* 从路由缓存中获取本端的通告MSS */  
  44.     mss = dst_metric_advmss(dst);  
  45.     if (tp->rx_opt.user_mss && tp->rx_opt.user_mss < mss)  
  46.         mss = tp->rx_opt.user_mss; /* 如果用户使用了TCP_MAXSEG选项 */  
  47.   
  48.     /* ignored for retransmitted syns. 
  49.      * 设置接收窗口的初始值、窗口扩大因子、通告窗口的上限。 
  50.      */  
  51.     if (req->rcv_wnd == 0) {  
  52.         __u8 rcv_wscale;  
  53.         /* 最大的通告窗口 */  
  54.         req->window_clamp = tp->window_clamp ? : dst_metric(dst, RTAX_WINDOW);  
  55.   
  56.         /* 如果用户使用了SO_RCVBUF选项做限制 */  
  57.         if (sk->sk_userlocks & SOCK_RCVBUF_LOCK &&  
  58.              (req->window_clamp > tcp_full_space(sk) || req->window_clamp == 0))  
  59.             req->window_clamp = tcp_full_space(sk); /* 3/4 * sk->sk_rcvbuf */  
  60.   
  61.         /* 获取接收窗口的初始值、窗口扩大因子和接收窗口的上限 */  
  62.         tcp_select_initial_window(tcp_full_space(sk), mss - (ireq->tstamp_ok ? TCPOLEN_TSTAMP_ALIGNED : 0),  
  63.             &req->rcv_wnd, &req->window_clamp, ireq->wscale_ok, &rcv_wscale, dst_metric(dst, RTAX_INITRWND));  
  64.         ireq->rcv_wscale = rcv_wscale;  
  65.     }  
  66.     memset(&opts, 0, sizeof(opts));  
  67.   
  68. #ifdef CONFIG_SYN_COOKIES  
  69.     /* 如果SYNACK段使用了SYN COOKIE，并且使用时间戳选项， 
  70.      * 则把TCP选项信息保存在SYNACK段中tsval的低6位。 
  71.      */  
  72.     if (unlikely(req->cookie_ts))  
  73.         TCP_SKB_CB(skb)->when = cookie_init_timestamp(req);  
  74.     else  
  75. #endif  
  76.     TCP_SKB_CB(skb)->when = tcp_time_stamp;  
  77.   
  78.     /* TCP首部和选项的长度，赋值TCP选项实例tcp_out_options */  
  79.     tcp_header_size = tcp_synack_options(sk, req, mss, skb, &opts, &md5, xvp) + sizeof(*th);  
  80.   
  81.     /* 向headroom扩展，使data room包含TCP首部和选项 */  
  82.     skb_push(skb, tcp_header_size);  
  83.     skb_reset_transport_header(skb);  
  84.   
  85.     th = tcp_hdr(skb);  
  86.     memset(th, 0, sizeof(struct tcphdr));  
  87.     th->syn = 1;  
  88.     th->ack = 1;  
  89.     /* 如果连接支持ECN，把th->ece置1 */  
  90.     TCP_ECN_make_synack(req, th);  
  91.     th->source = ireq->loc_port; /* 源端口 */  
  92.     th->dest = ireq->rmt_port; /* 目的端口 */  
  93.     /* 初始化skb中的一些控制字段 */  
  94.     tcp_init_nondata_skb(skb, tcp_rsk(req)->snt_isn, TCPHDR_SYN | TCPHDR_ACK);  
  95.   
  96.     /* TCPCT，新内核已废弃此选项，不做分析 */  
  97.     if (OPTION_COOKIE_EXTENSION & opts.options) {  
  98.         ...  
  99.     }  
  100.   
  101.     th->seq = htonl(TCP_SKB_CB(skb)->seq); /* 序号 */  
  102.     th->ack_seq = htonl(tcp_rsk(seq)->rcv_isn + 1); /* 确认序号 */  
  103.     /* RFC1323: The window in SYN & SYN/ACK segments is never scaled. */  
  104.     th->window = htons(min(req->rcv_wnd, 65535U)); /* 初始接收窗口 */  
  105.   
  106.     /* 把TCP选项实例tcp_out_options写到skb中 */  
  107.     tcp_options_write((__u32 *) (th + 1), tp, &opts);  
  108.     th->doff = (tcp_header_size >> 2); /* TCP首部长度 */  
  109.     TCP_ADD_STATS(sock_net(sk), TCP_MIB_OUTSEGS, tcp_skb_pcount(skb));  
  110.   
  111. #ifdef CONFIG_TCP_MD5SIG  
  112.     /* Okay, we have all we need - do the md5 hash if needed */  
  113.     if (md5)  
  114.         tcp_rsk(req)->af_specific->calc_md5_hash(opts.hash_location, md5, NULL, req, skb);  
  115. #endif  
  116.   
  117.     return skb;  
  118. }  
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  1. /* MAC层、IP层、TCP层，首部和选项的最大长度 */  
  2. #define MAX_TCP_HEADER (128 + MAX_HEADER)  
  3. #define MAX_TCP_OPTION_SPACE 40  
  4.   
  5. static inline gfp_t sk_gfp_atomic(struct sock *sk, gfp_t gfp_mask)  
  6. {  
  7.     /* Allow access to emergency reserves */  
  8.     return GFP_ATOMIC | (sk->sk_allocation & __GFP_MEMALLOC);  
  9. }  

如果SYNACK段使用SYN Cookie，并且使用时间戳选项，则把TCP选项信息保存在SYNACK段

中tsval的低6位。

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  1. /* When syncookies are in effect and tcp timestamps are enabled we encode tcp options 
  2.  * in the lower bits of the timestamp value that will be sent in the syn-ack. 
  3.  * Since subsequent timestamps use the normal tcp_time_stamp value, we must make 
  4.  * sure that the resulting initial timestamp is <= tcp_time_stamp. 
  5.  */  
  6. __u32 cookie_init_timestamp(struct request_sock *req)  
  7. {  
  8.     struct inet_request_sock *ireq;  
  9.     u32 ts, ts_now = tcp_time_stamp;  
  10.     u32 options = 0;  
  11.     ireq = inet_rsk(req);  
  12.   
  13.     options = ireq->wscale_ok ? ireq->snd_wscale : 0xf;  
  14.     options |= ireq->sack_ok << 4;  
  15.     options |= ireq->ecn_ok << 5;  
  16.   
  17.     ts = ts_now & ~TSMASK;  
  18.     ts |= options;  
  19.   
  20.     if (ts > ts_now) {  
  21.         ts >>= TSBITS;  
  22.         ts--;  
  23.         ts <<= TSBITS;  
  24.         ts |= options;  
  25.     }  
  26.     return ts;  
  27. }  
  28.   
  29. #define TSBITS 6  
  30. #define TSMASK (((__u32) 1 << TSBITS) - 1)  

TCP Cookie Transaction (TCPCT) 选项功能类似与SYN Cookie，是2009年加入内核，

2013/3从内核中移除，本文不对其进行分析。

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  1. #define OPTION_SACK_ADVERTISE (1 << 0)  
  2. #define OPTION_TS (1 << 1)  
  3. #define OPTION_MD5 (1 << 2)  
  4. #define OPTION_WSCALE (1 << 3)  
  5. #define OPTION_COOKIE_EXTENSION (1 << 4)  
  6. #define OPTION_FAST_OPEN_COOKIE (1 << 8)  
  7.   
  8. /* TCP选项实例，用于发送。*/  
  9. struct tcp_out_options {  
  10.     u16 options; /* bit field of OPTION_* */  
  11.     u16 mss; /* 0 to disable，Max Segment Size选项 */  
  12.     u8 ws; /* window scale, 0 to disable，Window Scaling选项 */  
  13.     u8 num_sack_blocks; /* number of SACK blocks to include */  
  14.     u8 hash_size; /* bytes in hash_location */  
  15.     __u8 *hash_location; /* temporary pointer, overloaded */  
  16.     __u32 tsval, tsecr; /* need to include OPTION_TS，时间戳 */  
  17.     struct tcp_fastopen_cookie *fastopen_cookie; /* Fast open cookie，Fast Open选项 */  
  18. };  

赋值TCP选项实例tcp_out_options，用于构造SYNACK段。

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  1. /* Set up TCP options for SYN-ACKs. */  
  2. static unsigned int tcp_synack_options(struct sock *sk, struct request_sock *req,  
  3.     unsigned int mss, struct sk_buff *skb, struct tcp_out_options *opts,  
  4.     struct tcp_md5sig_key **md5, struct tcp_extend_values *xvp)  
  5. {  
  6.     struct inet_request_sock *ireq = inet_rsk(req);  
  7.     unsigned int remaining = MAX_TCP_OPTION_SPACE;  
  8.     u8 cookie_plus = (xvp != NULL && ! xvp->cookie_out_never) ? xvp->cookie_plus : 0;  
  9.   
  10. #define CONFIG_TCP_MD5SIG  
  11.     *md5 = tcp_rsk(req)->af_specific->md5_lookup(sk, req);  
  12.     if (*md5) {  
  13.         opts->options |= OPTION_MD5;  
  14.         remaining -= TCPOLEN_MD5SIG_ALIGNED;  
  15.          
  16.         /* We can't fit any SACK blocks in a packet with MD5 + TS options. 
  17.          * There was discussion about disabling SACK rather than TS in order to 
  18.          * fit in better with old, buggy kernels, but that was deemed to be unnecessary. 
  19.          */  
  20.         ireq->tstamp_ok &= ! ireq->sack_ok;  
  21.     }  
  22. #else  
  23.     *md5 = NULL;  
  24. #endif  
  25.   
  26.     /* We always send an MSS option. */  
  27.     opt->mss = mss; /* Max Segment Size选项 */  
  28.     remaining -= TCPOLEN_MSS_ALIGNED;  
  29.   
  30.     if (likely(ireq->wscale_ok)) { /* Window Scaling选项 */  
  31.         opts->ws = ireq->rcv_wscale;  
  32.         opts->options |= OPTION_WSCALE;  
  33.         remaining -= TCPOLEN_WSCALE_ALIGNED;  
  34.     }  
  35.   
  36.     if (likely(ireq->tstamp_ok)) { /* 时间戳选项 */  
  37.         opts->options |= OPTION_TS;  
  38.         opts->tsval = TCP_SKB_CB(skb)->when;  
  39.         opts->tsecr = req->ts_recent;  
  40.         remaining -= TCPOLEN_TSTAMP_ALIGNED;  
  41.     }  
  42.   
  43.     if (likely(ireq->sack_ok)) { /* SACK Permit选项 */  
  44.         opts->options |= OPTION_SACK_ADVERTISE;  
  45.         if (unlikely(! ireq->tstamp_ok))  
  46.             remaining -= TCPOLEN_SACKPERM_ALIGNED;  
  47.     }  
  48.   
  49.     /* TCPCT选项，新内核以废弃 */  
  50.     if (*md5 == NULL && ireq->tstamp_ok && cookie_plus > TCPOLEN_COOKIE_BASE) {  
  51.         ...  
  52.     }  
  53.   
  54.     return MAX_TCP_OPTION_SPACE - remaining; /* TCP选项长度 */  
  55. }  

初始化不携带数据skb的一些控制字段。

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  1. /* Constructs common control bits of non-data skb. If SYN/FIN is present, 
  2.  * auto increment end seqno. 
  3.  */  
  4.   
  5. static void tcp_init_nondata_skb(struct sk_buff *skb, u32 seq, u8 flags)  
  6. {  
  7.     skb->ip_summed = CHECKSUM_PARTIAL; /* 由硬件计算协议首部和数据的校验和。*/  
  8.     skb->csum = 0;  
  9.   
  10.     TCP_SKB_CB(skb)->tcp_flags = flags;  
  11.     TCP_SKB_CB(skb)->sacked = 0;  
  12.   
  13.     skb_shinfo(skb)->gso_segs = 1;  
  14.     skb_shinfo(skb)->gso_size = 0;  
  15.     skb_shinfo(skb)->gso_type = 0;  
  16.   
  17.     TCP_SKB_CB(skb)->seq = seq;  
  18.     if (flags & (TCPHDR_SYN | TCPHDR_FIN))  
  19.         seq++;  
  20.     TCP_SKB_CB(skb)->end_seq = seq;  
  21. }  

发送到IP层

TCP报头中的校验和字段还没赋值，用__tcp_v4_send_check()来计算。

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  1. static void __tcp_v4_send_check(struct sk_buff *skb, __be32 saddr, __be32 daddr)  
  2. {  
  3.     struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);  
  4.   
  5.     if (skb->ip_summed == CHECKSUM_PARTIAL) {  
  6.         /* 只计算伪首部，TCP报头和TCP数据的累加由硬件完成 */  
  7.         th->check = ~tcp_v4_check(skb->len, saddr, daddr, 0);  
  8.         skb->csum_start = skb_transport_header(skb) - skb->head; /* 下次计算开始位置的偏移 */  
  9.         skb->csum_offset = offsetof(struct tcphdr, check); /* 校验和值在TCP首部的偏移 */  
  10.   
  11.     } else {  
  12.         /* tcp_v4_check()累加伪首部，获取最终的校验和。 
  13.          * csum_partial()累加TCP报头。 
  14.          * skb->csum是TCP数据部分的累加，这是在从用户空间复制时顺便累加的。 
  15.          */  
  16.         th->check = tcp_v4_check(skb->len, saddr, daddr, csum_partial(th, th->doff << 2, skb->csum));  
  17.     }  
  18. }  

给skb添加一个IP报头，然后发送出去。

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  1. /* Add an ip header to a skbuff and send it out. */  
  2. int ip_build_and_send_pkt(struct sk_buff *skb, struct sock *sk, __be32 saddr, __be32 daddr,  
  3.          struct ip_options_rcu *opt)  
  4. {  
  5.     struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);  
  6.     struct rtable *rt = skb_rtable(skb);  
  7.     struct iphdr *iph;  
  8.   
  9.      /* 向headroom扩展，使data room包含IP首部和选项 */  
  10.     skb_push(skb, sizeof(struct iphdr) + (opt ? opt->opt.optlen : 0));  
  11.     skb_reset_network_header(skb);  
  12.   
  13.     iph = ip_hdr(skb);  
  14.     iph->version = 4;  
  15.     iph->ihl = 5;  
  16.     ip->tos = inet->tos;  
  17.   
  18.     if (ip_dont_fragment(sk, &rt->dst))  
  19.         iph->frag_off = htons(IP_DF); /* 设置不允许分片标志 */  
  20.     else  
  21.         iph->frag_off = 0;  
  22.   
  23.     iph->ttl = ip_select_ttl(inet, &rt->dst);  
  24.     iph->daddr = (opt && opt->opt.srr ? opt->opt.faddr : daddr);  
  25.     iph->saddr = saddr;  
  26.     iph->protocol = sk->sk_protocol;  
  27.     ip_select_ident(iph, &rt->dst, sk);  
  28.   
  29.     if (opt && opt->opt.optlen) {  
  30.         iph->ihl += opt->opt.optlen >> 2;  
  31.         ip_options_build(skb, &opt->opt, daddr, rt, 0);  
  32.     }  
  33.   
  34.     skb->priority = sk->sk_priority;  
  35.     skb->mark = sk->sk_mark;  
  36.   
  37.     /* Send it out. */  
  38.     return ip_local_out(skb); /* 位于NF_INET_LOCAT_OUT之前 */  
  39.   
  40. }  


 


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