Linux TCP/IP 协议栈之 Socket的实现分析(Connect客户端发起连接请求)
Posted on 2016-11-21 15:24 bw_0927 阅读(2876) 评论(0) 编辑 收藏 举报http://blog.chinaunix.net/uid-13746440-id-3076372.html
对于客户端来说，当创建了一个套接字后，就可以连接它了。
case SYS_CONNECT:
err = sys_connect(a0, (struct sockaddr __user *)a1, a[2]);
break;
asmlinkage long sys_connect(int fd, struct sockaddr __user *uservaddr, int addrlen)
{
struct socket *sock;
char address[MAX_SOCK_ADDR];
int err;
sock = sockfd_lookup(fd, &err);
if (!sock)
goto out;
err = move_addr_to_kernel(uservaddr, addrlen, address);
if (err < 0)
goto out_put;
err = security_socket_connect(sock, (struct sockaddr *)address, addrlen);
if (err) goto out_put;
err = sock->ops->connect(sock, (struct sockaddr *) address, addrlen,
sock->file->f_flags);
out_put:
sockfd_put(sock);
out:
return err;
}
跟其它操作类似，sys_connect 接着调用 inet_connect：
/*
* Connect to a remote host. There is regrettably still a little
* TCP 'magic' in here.
*/
int inet_stream_connect(struct socket *sock, struct sockaddr *uaddr,
int addr_len, int flags)
{
struct sock *sk = sock->sk;
int err;
long timeo;
lock_sock(sk);
if (uaddr->sa_family == AF_UNSPEC) {
err = sk->sk_prot->disconnect(sk, flags);
sock->state = err ? SS_DISCONNECTING : SS_UNCONNECTED;
goto out;
}
提交的协议簇不正确，则断开连接。
switch (sock->state) {
default:
err = -EINVAL;
goto out;
case SS_CONNECTED:
err = -EISCONN;
goto out;
case SS_CONNECTING:
err = -EALREADY;
/* Fall out of switch with err, set for this state */
break;
socket 处于不正确的连接状态，返回相应的错误值。
case SS_UNCONNECTED:
err = -EISCONN;
if (sk->sk_state != TCP_CLOSE)
goto out;
/*调用协议的连接函数*/
err = sk->sk_prot->connect(sk, uaddr, addr_len);
if (err < 0)
goto out;
/*协议方面的工作已经处理完成了，但是自己的一切工作还没有完成，所以切换至正在连接中*/
sock->state = SS_CONNECTING;
/* Just entered SS_CONNECTING state; the only
* difference is that return value in non-blocking
* case is EINPROGRESS, rather than EALREADY.
*/
err = -EINPROGRESS;
break;
}
对于 TCP的实际的连接，是通过调用 tcp_v4_connect()函数来实现的。
tcp_v4_connect函数
对于 TCP 协议来说，其连接实际上就是发送一个 SYN 报文，在服务器的应答到来时，回答它一
个 ack 报文，也就是完成三次握手中的第一和第三次。
要发送 SYN 报文，也就是说，需要有完整的来源/目的地址，来源/目的端口，目的地址/端口由用户
态提交，但是问题是没有自己的地址和端口，因为并没有调用过 bind(2)，一台主机，对于端口，
可以像 sys_bind()那样，从本地未用端口中动态分配一个，那地址呢？因为一台主机可能会存在多
个 IP地址，如果随机动态选择，那么有可能选择一个错误的来源地址，将不能正确地到达目的地
址。换句话说，来源地址的选择，是与路由相关的。
调用路由查找的核心函数 ip_route_output_slow()，在没有提供来源地址的情况下，会根据实际情况，
调用 inet_select_addr()函数来选择一个合适的。同时，如果路由查找命中，会生成一个相应的路由
缓存项，这个缓存项，不但对当前发送SYN报文有意义，对于后续的所有数据包，都可以起到一
个加速路由查找的作用。这一任务，是通过 ip_route_connect()函数完成的，它返回相应的路由缓存
项（也就是说，来源地址也在其中了）：
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);
}
首先，构建一个搜索 key fl，在搜索要素中，来源地址/端口是不存在的。所以，当通过__ip_route_output_key
进行查找时，第一次是不会命中缓存的。 __ip_route_output_key 将继续调用ip_route_output_slow()函数，
在路由表中搜索，并返回一个合适的来源地址， 并且生成一个路由缓存项。 路由查找的更多细节，我会在另一个贴子
中来分析。
/* This will initiate an outgoing connection. */
int tcp_v4_connect(struct sock *sk, struct sockaddr *uaddr, int addr_len)
{
struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
struct sockaddr_in *usin = (struct sockaddr_in *)uaddr;
struct rtable *rt;
u32 daddr, nexthop;
int tmp;
int err;
if (addr_len < sizeof(struct sockaddr_in))
return -EINVAL;
if (usin->sin_family != AF_INET)
return -EAFNOSUPPORT;[/code] 校验地址长度和协议簇。
nexthop = daddr = usin->sin_addr.s_addr;
将下一跳地址和目的地址的临时变量都暂时设为用户提交的地址。
if (inet->opt && inet->opt->srr) {
if (!daddr)
return -EINVAL;
nexthop = inet->opt->faddr;
}
如果使用了来源地址路由，选择一个合适的下一跳地址。
tmp = ip_route_connect(&rt, nexthop, inet->saddr,
RT_CONN_FLAGS(sk), sk->sk_bound_dev_if,
IPPROTO_TCP,
inet->sport, usin->sin_port, sk);
if (tmp < 0)
return tmp;
if (rt->rt_flags & (RTCF_MULTICAST | RTCF_BROADCAST)) {
ip_rt_put(rt);
return -ENETUNREACH;
}
进行路由查找，并校验返回的路由的类型，TCP是不被允许使用多播和广播的。
if (!inet->opt || !inet->opt->srr)
daddr = rt->rt_dst;
更新目的地址临时变量——使用路由查找后返回的值。
if (!inet->saddr)
inet->saddr = rt->rt_src;
inet->rcv_saddr = inet->saddr;
如果还没有设置源地址，和本地发送地址，则使用路由中返回的值。
if (tp->rx_opt.ts_recent_stamp && inet->daddr != daddr) {
/* Reset inherited state */
tp->rx_opt.ts_recent = 0;
tp->rx_opt.ts_recent_stamp = 0;
tp->write_seq = 0;
}
if (sysctl_tcp_tw_recycle &&
!tp->rx_opt.ts_recent_stamp && rt->rt_dst == daddr) {
struct inet_peer *peer = rt_get_peer(rt);
/* VJ's idea. We save last timestamp seen from
* the destination in peer table, when entering state TIME-WAIT
* and initialize rx_opt.ts_recent from it, when trying new connection.
*/
if (peer && peer->tcp_ts_stamp + TCP_PAWS_MSL >= xtime.tv_sec) {
tp->rx_opt.ts_recent_stamp = peer->tcp_ts_stamp;
tp->rx_opt.ts_recent = peer->tcp_ts;
}
}
这个更新初始状态方面的内容，还没有去分析它。
inet->dport = usin->sin_port;
inet->daddr = daddr;
保存目的地址及端口。
tp->ext_header_len = 0;
if (inet->opt)
tp->ext_header_len = inet->opt->optlen;
tp->rx_opt.mss_clamp = 536;
设置最小允许的mss值
tcp_set_state(sk, TCP_SYN_SENT);
套接字状态被置为 TCP_SYN_SENT，
err = tcp_v4_hash_connect(sk);
if (err)
goto failure;
动态选择一个本地端口，并加入 hash 表，与bind(2)选择端口类似。
err = ip_route_newports(&rt, inet->sport, inet->dport, sk);
if (err)
goto failure;
/* OK, now commit destination to socket. */
__sk_dst_set(sk, &rt->u.dst);
tcp_v4_setup_caps(sk, &rt->u.dst);
因为本地端口已经改变，使用新端口，重新查找路由，并用新的路由缓存项更新 sk 中保存的路由缓存项。
if (!tp->write_seq)
tp->write_seq = secure_tcp_sequence_number(inet->saddr, inet->daddr,
inet->sport,
usin->sin_port);[/code]
为 TCP报文计算一个 seq值（实际使用的值是 tp->write_seq+1）。
inet->id = tp->write_seq ^ jiffies;
err = tcp_connect(sk);
rt = NULL;
if (err)
goto failure;
return 0;
tp_connect()函数用来根据 sk 中的信息，构建一个完成的 syn 报文，并将它发送出去。
在分析 tcp栈的实现时再来分析它。
根据 TCP协议，接下来的问题是，
1. 可能收到了服务器的应答，则要回送一个 ack 报文；
2. 如果超时还没有应答，则使用超时重发定时器；
