TCP三次握手在linux内核中的实现

以下基于linux内核2.4.0源码(转自www.yuanma.org/)

    以前一直使用的网络通讯的函数都是工作在阻塞模式。在看connect实现源码时，突然想到tcp/ip的
三次握手在内核如何实现的，尤其是在非阻塞模式下式，涉及到等待对端回送ack包，而本端又要立即返
回，想来这种实现肯定是遵循某种规则或是将所有的相关函数组合起来。
    查看一些网络通信书籍，可知果然如此。应用编程如果设置为非阻塞模式，则连接时，connect发送
SYN包后立即返回-EINPROGRESS，表示操作正在处理中；随后应用可以在connect返回后做一些其它的处理，
最后在select函数中来捕获socket的连接、读写、异常事件以触发相关操作，下面我们看看内核中的相关
实现：
一、tcp/ip连接的三次握手过程：
      client    SYN包--->      server
      client    <---ACK包      server
      client    ACK包--->      server
二、客户端支持
     client发送2个包，一个SYN包，一个对服务器的响应ACK包。      
     client函数调用链：connect-->sys_connect->inet_stream_connect->tcp_connect...
     看inet_stream_connect中实现的部分代码段：
     ...
     switch (sock->state) {
     ...         
                /*此处调用tcp_connect函数发送SYN包*/
       err = sk->prot->connect(sk, uaddr, addr_len);       
  if (err < 0)  //出错则退出
   goto out;
       sock->state = SS_CONNECTING;

  /* 此处仅设置socket的状态为SS_CONNECTING表示连接状态正在处理; 
   * 不同之处在于非阻塞情况下，返回值设置为-EINPROGRESS表示操作正在处理
   * 而阻塞式情况则在获得ACK包后将返回值置为-EALREADY.
   */
  err = -EINPROGRESS;
  break;
      }
      
      timeo = sock_sndtimeo(sk, flags&O_NONBLOCK); //注意，如果此时设置了非阻塞选项，则timeo返回0
        //如果socket对应的sock状态是SYN包已发送或收到SYN包并发送了ACK包，并等待对端发送第三此的ACK包
 if ((1<state)&(TCPF_SYN_SENT|TCPF_SYN_RECV)) {
  /* 错误返回码err前面已经设置 */
  if (!timeo || !inet_wait_for_connect(sk, timeo))
  /*注意上面所判断的2中情况，1、如果是非阻塞模式，则!timeo为1，则直接跳到out返回-EINPROGRESS结束connect函数
    2、若为阻塞模式，则在inet_wait_for_connect函数中通过schedule_timeout函数放弃cpu控制权睡眠，等待服务器端
    发送ACK响应包后被唤醒继续处理。如果没有异常出现，则置socket状态为SS_CONNECTED，表示连接成功，正确返回
  */
   goto out;
  
  err = sock_intr_errno(timeo);
  if (signal_pending(current)) /*处理未决信号*/
   goto out;
 }
 ...
 sock->state = SS_CONNECTED;
 err = 0;
     out:
 release_sock(sk);
 return err;
 ...
    上面的描述有一个问题：对服务器的响应ACK包是什么时候发送的？对于非阻塞模式，应该是应用处理过程中
的某个异步时间；对于阻塞模式，则是在inet_wait_for_connect函数中睡眠时处理。
    即网卡在收到对方的ack包后，上传给对应的socket时发送服务器的响应ACK包
    函数调用链为：netif_rx-->net_rx_action-->...(IP层处理)-->tcp_v4_rcv-->tcp_v4_do_rcv-->
      tcp_rcv_state_process-->tcp_rcv_synsent_state_process-->tcp_send_synack-->tcp_transmit_skb...
    发送SYN包后，socket对应的sock的状态变成TCPF_SYN_SENT，网卡收到服务器的ack传到tcp层时，根据TCPF_SYN_SENT
    状态，做相关判断后再发送用于第三次握手的ack包。至此，将socket的状态改为连接建立，即TCP_ESTABLISHED。 
    具体的代码大家可以根据我提供的函数调用链查看。
    注意，以TCPF_前缀开头的状态都表示是中间状态，而已TCP_为前缀的状态才是socket的一个相对稳定的状态。     
    
    这里有一个疑问，，根据接收处理源码，先前的SYN包应该发送给服务器的监听socket，而第三次握手似乎应该发送给
    连接(未真正连接，因为三次握手还没完成呢)的socket，这个问题有待进一步确认

三、服务器端支持
    服务器端此时必须是监听状态，则其函数调用链为：
          netif_rx-->net_rx_action-->...(IP层处理)-->tcp_v4_rcv-->tcp_v4_do_rcv-->
          tcp_rcv_state_process-->tcp_v4_conn_request-->tcp_v4_send_synack...
    在tcp_v4_conn_request,中部分代码如下：      
    ...
    case TCP_LISTEN:
  if(th->ack) /*监听时收到的ack包都丢弃？*/
   return 1;

  if(th->syn) {/*如果是SYN包,则调用tcp_v4_conn_request*/
   if(tp->af_specific->conn_request(sk, skb) < 0)
    return 1;
    ...
    
四、后记
    这里只是给了一个tcp/ip三次握手原理的实现框架简述，结合相关理论教材和这个流程，仔细阅读
linux内核对tcp/ip的实现，对自己理解tcp/ip的精髓不无裨益，期待着与大家一起进步。