Linux 内核网络之 connect 的实现

Linux 内核网络之 connect 的实现

在计算机网络中，TCP（传输控制协议）连接是网络通信的基础。在Linux内核中，`connect` 函数负责产生TCP连接。本文将深入探讨Linux内核中 `connect` 函数的实现原理和过程。

### 连接产生的三次握手

在Linux内核中，`connect` 函数的实现基于TCP协议的三次握手过程。三次握手是TCP连接产生过程中非常重要的一个环节，它确保了通信双方的同步和数据传输的可靠性。

#### 第一次握手

1. 客户端发送一个SYN（同步序列编号）标志的数据包到服务器，并进入SYN_SENT状态。

2. 数据包中包含一个序列号seq，这个序列号是客户端随机生成的。

#### 第二次握手

1. 服务器收到SYN请求后，会发送一个SYN/ACK（同步和确认）响应包给客户端，并进入SYN_RECEIVED状态。

2. 服务器发送的SYN/ACK包中包含两个序列号：自己的序列号ack（客户端的序列号+1）和一个确认号ack（客户端的序列号+1）。

#### 第三次握手

1. 客户端收到服务器的SYN/ACK响应后，会发送一个ACK响应包给服务器，并进入ESTABLISHED状态。

2. 客户端发送的ACK包中包含一个确认号ack（服务器的序列号+1）。

当服务器收到客户端的ACK响应后，TCP连接就产生圆满了。

### connect 函数的调用过程

下面是 `connect` 函数的调用过程：

1. 用户空间的应用程序调用 `connect` 函数，传入要连接的服务器地址和端口号。

2. `connect` 函数首先会检查传入的地址和端口号是否有效。

3. `connect` 函数会创建一个socket，并调用 `socketpair` 函数创建一对文件描述符，用于内核和用户空间之间的通信。

4. `connect` 函数将socket和文件描述符传递给内核空间，并调用 `inet_connect` 函数进行连接操作。

### inet_connect 函数的实现

下面是 `inet_connect` 函数的实现：

c

static int inet_connect(struct sock *sk, struct sockaddr *uaddr, int flags)

{

struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)uaddr;

int error;

// 检查地址和端口号是否有效

if (!inet_addr_valid(sin->sin_addr.s_addr)) {

return -EINVAL;

}

// 检查端口号是否在合法范围内

if (sin->sin_port < 0 || sin->sin_port > 0xFFFF) {

return -EINVAL;

}

// 设置socket的状态为TCPFIN_WAIT2

sk->sk_state = TCPFIN_WAIT2;

// 设置socket的地址和端口号

sk->sk_saddr = sin->sin_addr;

sk->sk_daddr = sin->sin_addr;

sk->sk_num = sin->sin_port;

// 设置socket的接收窗口

sk->sk_rcv_wnd = sock_net(sk)->net_inet->in_rmem;

// 设置socket的发送窗口

sk->sk_snd_wnd = sock_net(sk)->net_inet->in_rmem;

// 设置socket的校验和

sk->sk_csum = 0;

// 发送SYN请求

error = tcp_send_syn(sk, uaddr, flags);

if (error) {

return error;

}

// 等待服务器响应

error = tcp_wait_for_syn(sk, uaddr, flags);

if (error) {

return error;

}

// 连接产生圆满

return 0;

}

在 `inet_connect` 函数中，我们首先检查传入的地址和端口号是否有效。然后，我们将socket的状态设置为TCPFIN_WAIT2，并设置socket的地址、端口号、接收窗口、发送窗口和校验和。接下来，我们发送一个SYN请求，并等待服务器响应。如果服务器响应圆满，则连接产生圆满。

### 总结

本文深入探讨了Linux内核中 `connect` 函数的实现原理和过程。通过分析TCP协议的三次握手过程，我们了解了连接产生的过程。同时，我们还分析了 `inet_connect` 函数的实现，了解了连接产生的具体步骤。期待本文能帮助读者更好地明白Linux内核网络中的连接产生过程。

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