以下基于linux内核2.4.0源码(转载请注明出处)
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 <---SYN包+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<<sk->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; ...
tcp_v4_send_synack中的部分代码： /*生成要发送的ACK包*/ skb = tcp_make_synack(sk, dst, req);
if (skb) { struct tcphdr *th = skb->h.th; th->check = tcp_v4_check(th, skb->len, /*计算校验和*/ req->af.v4_req.loc_addr, req->af.v4_req.rmt_addr, csum_partial((char *)th, skb->len, skb->csum)); /*传送到IP层，做iptable授权判断及发送处理*/ err = ip_build_and_send_pkt(skb, sk, req->af.v4_req.loc_addr, req->af.v4_req.rmt_addr, req->af.v4_req.opt); if (err == NET_XMIT_CN) err = 0; } ...
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。
