TCP/IP协议栈(三）——linux 向下的报文处理

　　应用程序连接服务器时，目的地套接字地址(端口号和IP地址)以参数形式传递给系统调用connect(tcp_v4_connect())。下面逐步介绍初始化该连接

检查内核路由表，查找给定目的地IP地址路由表。该路由包含传出设备信息，如果没有传出设备，则初始化APR特定信息，并缓冲以便后用。若没有找到则返回错误。

/**
 * 特殊的路由查找函数，用于TCP。
 * 是对普通路由缓存查找函数的封装。
 */
static inline int ip_route_connect(struct rtable **rp, u32 dst,
                   u32 src, u32 tos, int oif, u8 protocol,
                   u16 sport, u16 dport, struct sock *sk)
{
    struct flowi fl = { .oif = oif,
                .nl_u = { .ip4_u = { .daddr = dst,
                         .saddr = src,
                         .tos   = tos } },
                .proto = protocol,
                .uli_u = { .ports =
                       { .sport = sport,
                     .dport = dport } } };

    int err;
    if (!dst || !src) {
        err = __ip_route_output_key(rp, &fl);
        if (err)
            return err;
        fl.fl4_dst = (*rp)->rt_dst;
        fl.fl4_src = (*rp)->rt_src;
        ip_rt_put(*rp);
        *rp = NULL;
    }
    return ip_route_output_flow(rp, &fl, sk, 0);
}

查找路由

为 SYN报文分配一个报文(sk_buff)，构建tcp头，完成后将其发往IP层。

* 构造并发送SYN段 */
int tcp_connect(struct sock *sk)
{
    struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
    struct sk_buff *buff;

    tcp_connect_init(sk);/* 初始化传输控制块中与连接相关的成员 */

    /* 为SYN段分配报文并进行初始化 */
    buff = alloc_skb(MAX_TCP_HEADER + 15, sk->sk_allocation);
    if (unlikely(buff == NULL))
        return -ENOBUFS;

    /* Reserve space for headers. */
    skb_reserve(buff, MAX_TCP_HEADER);

    TCP_SKB_CB(buff)->flags = TCPCB_FLAG_SYN;
    TCP_ECN_send_syn(sk, tp, buff);
    TCP_SKB_CB(buff)->sacked = 0;
    skb_shinfo(buff)->tso_segs = 1;
    skb_shinfo(buff)->tso_size = 0;
    buff->csum = 0;
    TCP_SKB_CB(buff)->seq = tp->write_seq++;
    TCP_SKB_CB(buff)->end_seq = tp->write_seq;
    tp->snd_nxt = tp->write_seq;
    tp->pushed_seq = tp->write_seq;
    tcp_ca_init(tp);

    /* Send it off. */
    TCP_SKB_CB(buff)->when = tcp_time_stamp;
    tp->retrans_stamp = TCP_SKB_CB(buff)->when;

    /* 将报文添加到发送队列上 */
    __skb_queue_tail(&sk->sk_write_queue, buff);
    sk_charge_skb(sk, buff);
    tp->packets_out += tcp_skb_pcount(buff);
    /* 发送SYN段 */
    tcp_transmit_skb(sk, skb_clone(buff, GFP_KERNEL));
    TCP_INC_STATS(TCP_MIB_ACTIVEOPENS);

    /* Timer for repeating the SYN until an answer. */
    /* 启动重传定时器 */
    tcp_reset_xmit_timer(sk, TCP_TIME_RETRANS, tp->rto);
    return 0;
}

构建并发送SYN段代码

IP层首先检查传出报文的缓冲路由是否有效，若无效再次尝试获得有效路由。发生这种情况是因为路由从第一次发现目的路由时就已经改变，了能会产生路由失效。
若路由缓存有效，则构建报文的IP头。

检查防火墙策略，查看其是否允许该报文发出。如果允许发出，则在计算IP校验和并将其放在IP头的checksum域。发送到链路层。

/**
 * TCP和SCTP发送包所用的函数。
 * 此函数只接收两个输入参数，所有处理包所需要的信息都可以通过skb直接或者间接的存取。
 *        Skb：        要传输的包的缓冲区描述符。此数据结构有填入IP报头以及传输包所需要的所有参数（如下一跳网关）。记住，ip_queue_xmit用于处理本地产生的包。转发包没有相关的套接字。
 *        Ipfragok：    主要由SCTP使用的标志，用来指出是否允许分段。
 */
int ip_queue_xmit(struct sk_buff *skb, int ipfragok)

View Code

如果前面全部通过，报文得到一个最终的有效传出设备。接着构建链路层头，只有当目的地IP有一个硬件地址时，才能构建链路层头。如果不知道目的地硬件地址，就需要发送APR请求。从APR确认中得到目的地IP硬件地址。
将该报文放入设备队列做最终传输。
从设备队列取出报文并检查是否可以从设备传输报文，若可以，则当前帧利用设备DMA来发送报文。否则重新将报文放入设备队列，使设备到CPU排队，并向CPU发出TxIRQ。CPU处理Tx softIRQ，取出报文并发送报文。
报文成功传输后产生Tx中断，成功发送的报文将从Tx中断释放。

　　前面阐述啦首次连接设置的处理过程，在此过程缓存了一些重要信息，如路由、设备、APR等。下面将介绍TCP套接着写数据。

查找与套接字描述符相对应的套接字，利用Inode和私有数据找到该套接字。
向已连接的套接字写数据。TCP将数据复制到上一个报文(sk_buff没有满)，或者创建一个新的报文(sk_buff)
写完成后查询tcp状态机，检查是否可以立即发送数据。如果可以，接着就构建tcp头，将其发往ip层。否则，将报文放到tcp发送缓冲区结尾排队。
若在结尾排队，检查是否可以发送首报文。若可以，则构建tcp头发往IP层。同时初始化TCP重传定时器。

　　报文从套接字到达设备要经历三个阶段：

套接字发送队列sk->write_queue。
设备队列dev->q。
网络控制器的DMA Tx环缓冲区。

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