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TCP连接建立系列 — TCP选项解析

分类： 嵌入式

2015-04-17 16:30:34

原文地址：TCP连接建立系列 — TCP选项解析 作者：lwchsz

本文主要分析：在收到客户端的SYN包时，服务器端是如何解析它所携带的TCP选项，并结合本端情况决定是否予以支持。

内核版本：3.6

Author：zhangskd @ csdn blog

 

概述

 

收到客户端的SYN包时，需要全面的解析它携带的TCP选项，这样我们就知道客户端支持哪些选项，如果本端也支持，

那么连接就支持这些TCP选项。这些信息在连接建立的过程中，是保存在连接请求块的(request_sock、inet_request_sock、

tcp_request_sock)。

 

函数调用路径：

tcp_v4_conn_request

        |--> tcp_parse_options

 

3.6版本Linux内核支持的TCP选项包括：

NOP，用于填充。

Max Segment Size，最大分段大小。

Window Scaling，窗口扩大因子。

SACK Permit，是否允许使用SACK。

SACK，携带SACK块。

Timestamp，时间戳选项。

MD5SIG，MD5签名。

Cookie，Cookie extension，2013年3月已从内核移除。

EXP，Experimental，处于实验阶段的选项，新版本用于Fast Open。

 

实现

 

全面解析数据包的TCP选项，并保存到指定的tcp_options_received实例中。

[java] view plaincopy
  1. /* Look for tcp options. Normally only called on SYN and SYNACK packets. 
  2.  * But, this can also be called on packets in the established flow when the fast version below fails. 
  3.  */  
  4.   
  5. void tcp_parse_options(const struct sk_buff *skb, struct tcp_options_received *opt_rx, const u8 **hvpp,  
  6.                        int estab, struct tcp_fastopen_cookie *foc)  
  7. {  
  8.     const unsigned char *ptr;  
  9.     const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);  
  10.     int length = (th->doff * 4) - sizeof(struct tcphdr); /* 选项的总长度 */  
  11.   
  12.     ptr = (const unsigned char *) (th + 1); /* 选项的起始地址 */  
  13.     opt_rx->saw_tstamp = 0; /* Saw TIMESTAMP on last packet */  
  14.   
  15.     while(length > 0) {  
  16.         int opcode = *ptr++; /* 选项kind */  
  17.         int opsize; /* 选项length */  
  18.   
  19.         switch(opcode) {  
  20.         case TCPOPT_EOL: /* End of options */  
  21.             return;   
  22.   
  23.         case TCPOPT_NOP: /* Padding，填充选项 */  
  24.             length--; /* 此选项只占一个字节 */  
  25.             continue;  
  26.   
  27.         default:  
  28.             opsize = *ptr++; /* 选项长度 */  
  29.             if (opsize < 2) /* silly options */  
  30.                 return; /* 选项长度过小 */  
  31.   
  32.             if (opsize > length)  
  33.                 return; /* don't parse partial options */  
  34.   
  35.             switch(opcode) {  
  36.             case TCPOPT_MSS: /* MSS选项 */  
  37.                 if (opsize == TCPOLEN_MSS && th->syn && ! estab) {  
  38.                     u16 in_mss = get_unaligned_be16(ptr);  
  39.   
  40.                     if (in_mss) {  
  41.                         /* 如果用户指定了MSS，且比对端通告的小 */  
  42.                         if (opt_rx->user_mss && opt_rx->user_mss < in_mss)  
  43.                             in_mss = opt_rx->user_mss;  
  44.   
  45.                         opt_rx->mss_clamp = in_mss; /* Maximal mss */  
  46.                     }  
  47.                 }  
  48.                 break;  
  49.   
  50.             case TCPOPT_WINDOW: /* Window scaling */  
  51.                 if (opsize == TCPOLEN_WINDOW && th->syn && ! estab &&  
  52.                     sysctl_tcp_window_scaling) {  
  53.                     __u8 snd_wscale = *(__u8 *)ptr; /* 对端的接收窗口扩大因子 */  
  54.                     opt_rx->wscale_ok = 1; /* 连接使用窗口扩大选项 */  
  55.   
  56.                     if (snd_wscale > 14) {  
  57.                         net_info_ratelimited("%s: Illegal window scaling value %d >14 received\n",  
  58.                                __func__, snd_wscale);  
  59.                         snd_wscale = 14;  
  60.                     }  
  61.   
  62.                     opt_rx->snd_wscale = snd_wscale; /* 保存对端的接收窗口扩大因子 */  
  63.                 }  
  64.                 break;  
  65.   
  66.             case TCPOPT_TIMESTAMP: /* Better RTT estimations/PAWS */  
  67.                 if ((opsize == TCPOLEN_TIMESTAMP) && ((estab && opt_rx->tstamp_ok) ||  
  68.                      (!estab && sysctl_tcp_timestamps))) {  
  69.   
  70.                     opt_rx->saw_tstamp = 1; /* 连接支持TIMESTAMP选项 */  
  71.                     opt_rx->rcv_tsval = get_unaligned_be32(ptr); /* Time stamp value */  
  72.                     opt_rx->rcv_tsecr = get_unaligned_be32(ptr + 4); /* Time stamp echo reply */  
  73.                 }  
  74.                 break;  
  75.   
  76.             case TCPOPT_SACK_PERM: /* SACK Permitted */  
  77.                 if (opsize == TCPOLEN_SACK_PERM && th->syn && !estab && sysctl_tcp_sack) {  
  78.                     opt_rx->sack_ok = TCP_SACK_SEEN; /* 连接支持SACK选项 */  
  79.                     tcp_sack_reset(opt_rx); /* 清空dsack和num_sacks变量 */  
  80.                 }  
  81.                 break;  
  82.   
  83.             case TCPOPT_SACK: /* SACK Block */  
  84.                 if ((opsize >= (TCPOLEN_SACK_BASE + TCPOLEN_SACK_PERBLOCK)) &&  
  85.                     !((opsize - TCPOLEN_SACK_BASE) % TCPOLEN_SACK_PERBLOCK) && opt_rx->sack_ok) {  
  86.                     /* 保存SACK选项的起始偏移地址 */  
  87.                     TCP_SKB_CB(skb)->sacked = (ptr - 2) - (unsigned char *) th;   
  88.                 }  
  89.                 break;  
  90.   
  91. #ifdef CONFIG_TCP_MD5SIG  
  92.             case TCPOPT_MD5SIG:  
  93.                 /* The MD5 Hash has already been checked 
  94.                  * (see tcp_v{4, 6}_do_rcv()). 
  95.                  */  
  96.                 break;  
  97. #endif  
  98.   
  99.             /* 注意，在新版内核中此选项已被删除。Cookie extension (experimental) */  
  100.             case TCPOPT_COOKIE:   
  101.                 /* This option is variable length. */  
  102.                 switch(opsize) {  
  103.                 case TCPOLEN_COOKIE_BASE:  
  104.                     /* not yet implemented */  
  105.                     break;  
  106.   
  107.                 case TCPOLEN_COOKIE_PAIR:  
  108.                     /* not yet implemented */  
  109.                     break;  
  110.   
  111.                 case TCPOLEN_COOKIE_MIN + 0:  
  112.                 case TCPOLEN_COOKIE_MIN + 2:  
  113.                 case TCPOLEN_COOKIE_MIN + 4:  
  114.                 case TCPOLEN_COOKIE_MIN + 6:  
  115.                 case TCPOLEN_COOKIE_MAX:  
  116.   
  117.                     /* 16-bit multple */  
  118.                     opt_rx->cookie_plus = opsize;  
  119.                     *hvpp = ptr;  
  120.                     break;  
  121.   
  122.                 default:  
  123.                     /* ignore option */  
  124.                     break;  
  125.                 }  
  126.                 break;  
  127.    
  128.             case TCPOPT_EXP: /* Experimental */  
  129.                 /* Fast Open option shares code 254 using a 16 bits magic number. 
  130.                  * It's valid only in SYN or SYN-ACK with an even size. 
  131.                  */  
  132.                 if (opsize < TCPOLEN_EXP_FASTOPEN_BASE || get_unaligned_be16(ptr) != TCPOPT_FASTOPEN_MAGIC  
  133.                     || foc == NULL || ! th->syn || (opsize & 1))  
  134.                     break;  
  135.   
  136.                 foc->len = opsize - TCPOLEN_EXP_FASTOPEN_BASE;  
  137.                 if (foc->len >= TCP_FASTOPEN_COOKIE_MIN && foc->len <= TCP_FASTOPEN_COOKIE_MAX)  
  138.                     memcpy(foc->val, ptr + 2, foc->len);  
  139.                 else if (foc->len != 0)  
  140.                     foc->len = -1;  
  141.                 break;  
  142.             }  
  143.   
  144.             ptr += opsize - 2;  
  145.             length -= opsize;  
  146.         }  
  147.     }  
  148. }  
[java] view plaincopy
  1. /* TCP options */  
  2. #define TCPOPT_NOP 1 /* Padding */  
  3. #define TCPOPT_EOL 0 /* End of options */  
  4. #define TCPOPT_MSS 2 /* Segment size negotiating */  
  5. #define TCPOPT_WINDOW 3 /* Window scaling */  
  6. #define TCPOPT_TIMESTAMP 8 /* Better RTT estimations/PAWS */  
  7. #define TCPOPT_SACK_PERM 4 /* SACK Permitted */  
  8. #define TCPOPT_SACK 5 /* SACK Block */  
  9. #define TCPOPT_MD5SIG 19 /* MD5 Signature (RFC2385) */  
  10. #define TCPOPT_COOKIE 253 /* Cookie extension (experimental) */  
  11. #define TCPOPT_EXP 254 /* Experimental */  
  12.   
  13. /* Magic number to be after the option value for sharing TCP experimental options. 
  14.  * See draft-ietf-tcpm-experimental-options-00.txt 
  15.  */  
  16. #define TCPOPT_FASTOPEN_MAGIC 0xF989  
  17.   
  18. /* TCP option lengths */  
  19. #define TCPOLEN_MSS 4  
  20. #define TCPOLEN_WINDOW 3  
  21. #define TCPOLEN_TIMESTAMP 10  
  22. #define TCPOLEN_SACK_PERM 2  
  23. #define TCPOLEN_COOKIE_BASE 2 /* Cookie-less header extension */  
  24. #define TCPOLEN_COOKIE_PAIR 3 /* Cookie pair header extension */  
  25. #define TCPOLEN_COOKIE_MIN (TCPOLEN_COOKIE_BASE + TCP_COOKIE_MIN)  
  26. #define TCPOLEN_COOKIE_MAX (TCPOLEN_COOKIE_BASE + TCP_COOKIE_MAX)  
  27. #define TCPOLEN_EXP_FASTOPEN_BASE 4  
  28.   
  29. /* These are used to set the sack_ok field in struct tcp_options_received */  
  30. #define TCP_SACK_SEEN (1 << 0) /* peer is SACK capable */  
  31. #define TCP_FACK_ENABLED (1 << 1) /* FACK is enabled locally */  
  32. #define TCP_DSACK_SEEN (1 << 2) /* DSACK was received from peer */  
  33.   
  34. /* for TCP_COOKIE_TRANSACTIONS (TCPCT) socket option */  
  35. #define TCP_COOKIE_MIN 8 /* 64-bits */  
  36. #define TCP_COOKIE_MAX 16 /* 128-bits */  
  37.   
  38. /* TCP Fast Open */  
  39. #define TCP_FASTOPEN_COOKIE_MIN 4 /* Min Fast Open Cookie size in bytes */  
  40. #define TCP_FASTOPEN_COOKIE_MAX 16 /* Max Fast Open Cookie size in bytes */  
  41.   
  42. /* TCP Fast Open Cookie as stored in memory */  
  43. struct tcp_fastopen_cookie {  
  44.     s8 len;  
  45.     u8 val[TCP_FASTOPEN_COOKIE_MAX];  
  46. };  
  47.   
  48. static inline void tcp_sack_reset(struct tcp_options_received *rx_opt)  
  49. {  
  50.     rx_opt->dsack = 0;  
  51.     rx_opt->num_sacks = 0;  
  52. }  

 

用于判断连接是否使用ECN。要注意的是在建立连接时，要求IP报的ECN域不能被设置，否则就禁用ECN。

[java] view plaincopy
  1. /* RFC3168: 6.1.1 SYN packets must not have ECT/ECN bits set. 
  2.  * 
  3.  * If we receive a SYN packet with these bits set, it means a network is playing  bad games 
  4.  * with TOS bits. In order to avoid possible false congestion notifications, we disable 
  5.  * TCP ECN negociation. 
  6.  */  
  7. static inline void TCP_ECN_create_request(struct request_sock *req, const struct sk_buff *skb)  
  8. {  
  9.     const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);  
  10.   
  11.     if (sysctl_tcp_ecn && th->ece && th->cwr && INET_ECN_is_not_ect(TCP_SKB_CB(skb)->ip_dsfield))  
  12.         inet_rsk(req)->ecn_ok = 1; /* 连接支持ECN */  
  13. }  

 

清零TCP选项。

[java] view plaincopy
  1. static inline void tcp_clear_options(struct tcp_options_received *rx_opt)  
  2. {  
  3.     rx_opt->tstamp_ok = rx_opt->sack_ok = 0;  
  4.     rx_opt->wscale_ok = rx_opt->snd_wscale = 0;  
  5.     rx_opt->cookie_plus = 0;  
  6. } 
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