Linux 内核网络之 tcp 三次握手

Linux 内核网络之 TCP 三次握手

在计算机网络中，传输控制协议（TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。为了保证网络连接的稳定性和可靠性，TCP 在确立连接时需要经过一个重要的过程——三次握手。本文将深入探讨 Linux 内核中 TCP 三次握手的过程及其在 Linux 内核网络中的应用。

1. TCP 三次握手概述

三次握手是 TCP 协议确立连接的一种机制，它通过三个步骤来确保通信双方的状态同步。具体来说，这三个步骤分别是：

1. SYN：客户端发送一个同步序列编号（SYN）标志，并附带一个初始序列编号（ISN）。
2. SYN-ACK：服务器收到客户端的 SYN 请求后，发送一个 SYN-ACK 响应，即服务器已准备好确立连接，并附带一个自己的初始序列编号（ISN）。
3. ACK：客户端收到服务器的 SYN-ACK 响应后，发送一个 ACK 响应，即客户端已准备好确立连接。

2. Linux 内核中 TCP 三次握手的实现

Linux 内核中，TCP 三次握手的过程是通过以下步骤实现的：

2.1. 客户端发送 SYN 请求

当客户端需要与服务端确立连接时，它会发送一个包含 SYN 标志的 TCP 报文。这个报文包含以下信息：

1. 源端口号（Source Port）
2. 目标端口号（Destination Port）
3. 序列号（Sequence Number）
4. 确认号（Acknowledgment Number）
5. 标志位（Flags）

struct tcp_request {
    unsigned int source_port;
    unsigned int destination_port;
    unsigned int sequence_number;
    unsigned int acknowledgment_number;
    unsigned char flags;
    // 其他字段...
};

2.2. 服务器接收 SYN 请求

服务器收到客户端的 SYN 请求后，会检查目标端口号是否匹配，以及是否有足够的资源来处理这个连接。如果一切正常，服务器会发送一个包含 SYN 和 ACK 标志的 TCP 报文，并附带以下信息：

1. 源端口号
2. 目标端口号
3. 序列号
4. 确认号
5. 标志位

struct tcp_syn_ack {
    unsigned int source_port;
    unsigned int destination_port;
    unsigned int sequence_number;
    unsigned int acknowledgment_number;
    unsigned char flags;
    // 其他字段...
};

2.3. 客户端接收 SYN-ACK 响应

客户端收到服务器的 SYN-ACK 响应后，会检查确认号是否正确。如果正确，客户端会发送一个包含 ACK 标志的 TCP 报文，并附带以下信息：

1. 源端口号
2. 目标端口号
3. 序列号
4. 确认号
5. 标志位

struct tcp_ack {
    unsigned int source_port;
    unsigned int destination_port;
    unsigned int sequence_number;
    unsigned int acknowledgment_number;
    unsigned char flags;
    // 其他字段...
};

3. Linux 内核中 TCP 三次握手的优化

为了尽也许减少损耗 TCP 连接的确立速度，Linux 内核对三次握手过程进行了一些优化。以下是一些常见的优化方法：

1. 迅速重传和迅速恢复：当检测到丢包时，TCP 会立即发送一个重传请求，而不是等待定时器超时。同时，TCP 会尝试恢复丢失的数据，而不是立即关闭连接。
2. SYN Cookie：当客户端发送的 SYN 请求被防火墙丢弃时，服务器可以使用 SYN Cookie 来避免连接确立未果。
3. 持久化连接：对于频繁确立和关闭的连接，可以使用持久化连接来减少连接确立时间。

4. 总结

TCP 三次握手是确保网络连接可靠性的重要机制。在 Linux 内核中，TCP 三次握手通过一系列复杂化的步骤实现，包括客户端发送 SYN 请求、服务器接收并响应、客户端确认连接

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