手冊tcpip詳解卷2實現(xiàn)

1、第24章TCP：傳輸控制協(xié)議24.1引言傳輸控制協(xié)議，即TCP，是一種面向連接的傳輸協(xié)議，為兩端的應用程序提供可靠的端到端的數(shù)據(jù)流傳輸服務。它完全不同于無連接的、提供不可靠的數(shù)據(jù)報傳輸服務的 UDP協(xié)議。在第23章中詳細了UDP的實現(xiàn)，有9個函數(shù)、約800行C代碼。要。的TCP實現(xiàn)包括28個函數(shù)、約4500行C代碼，因此，TCP的實現(xiàn)分成7章來這幾章中不包括對TCP概念的介紹，假定讀者已閱讀過卷 1的第17章第24章，熟悉TCP的操作。24.2代碼介紹TCP實現(xiàn)代碼包括7個頭文件，其中定義了大量的 TCP結構和常量和6個C文件，包含TCP函數(shù)的具體實現(xiàn)代碼。文件如圖 24-1所示。文件描述ne

2、tinet/tcp.h netinet/tcp_debug.h netinet/tcp_fsm.h netinet/tcp_seg.h netinet/tcp_timer.h netinet/tcp_var.hnetinet/tcpip.htcphdr結構定義 tcp_debug結構定義 TCP有限狀態(tài)機定義實現(xiàn)TCP序號比較的宏定義TCP定時器定義 tcpcb(控制塊)和tcps TCP+IP首部定義(統(tǒng)計)結構定義netinet/tcp_debug.c netinet/tcp_input.c netinet/tcp_output.c netinet/tcp_subr.c netinet/t

3、cp_etinet/tcp_usrreq.c支持SO_DEBUG協(xié)議端調試(第27.10節(jié))tcp_input及其輔助函數(shù)(第28和第29章)tcp_output及其輔助函數(shù)(第26章)各種TCP子函數(shù)(第27章) TCP定時器處理(第25章) PRU_ 請求處理(第30章)圖24-1TCP各章中將的文件圖24-2描述了各TCP函數(shù)與其他內核函數(shù)之間的關系。帶陰影的橢圓分別表示要討論的9個主要的TCP函數(shù)，其中8個出現(xiàn)在protosw結構中(圖24-8)，第9個是tcp_output。24.2.1 全局變量圖24-3列出了TCP函數(shù)中用到的全局變量。第24章 TCP：傳輸控制協(xié)議計計637圖2

4、4-2 TCP函數(shù)與其他內核函數(shù)間的關系圖24-3 后續(xù)章節(jié)中將介紹的全局變量24.2.2 統(tǒng)計量全局結構變量tcps在接下來的代碼分析過中保存了各種TCP統(tǒng)計量，圖24-4描述了各統(tǒng)計量的具體含義。，讀者會了解到這些計數(shù)器數(shù)值的變化過程。變量數(shù)據(jù)類型描述tcbtcp_last_ibstruct ibstruct ib *TCPernet P C表B表頭指向最后收到報文段的PCB的指針：“后面一個”高速緩存tcpsstruct tcps TCP統(tǒng)計數(shù)據(jù)(圖24-4)tcp_outflagsu_char輸出標志數(shù)組，索引為連接狀態(tài)(圖24-16)tcp_recvspacetcp_sendspac

5、eu_longu_long端口接收緩存大小默認值(8192字節(jié))端口發(fā)送緩存大小默認值(8192字節(jié))tcp_isstcp_seqTCP發(fā)送初始序號(ISS)tcprexmtthreshACK重復次數(shù)的門限值(3)，觸發(fā)快速重傳tcp_mssdflttcp_rttdflt默認MSS值(512字節(jié))沒有數(shù)據(jù)時RTT的默認值(3秒)tcp_do_rfrc1323tcp_nowu_long如果為真(默認值)，請求窗口大小和時間戳選項用于RFC 1323時間戳實現(xiàn)的500 ms計數(shù)器tcp_kedletcp_kentvl tcp_maxidle?；睿旱谝淮翁綔y前的空閑時間(2小時)?；睿簾o響應時兩次探

6、測的間隔時間(75秒)保活：探測之后、放棄之前的時間(10分鐘) 每200ms 每500ms 內核mbuf耗盡中斷系統(tǒng)初始化多種系統(tǒng)調用插口接收緩沖區(qū)638計計TCP/IP詳解卷2：實現(xiàn)圖24-4 tcps結構變量中保存的TCP統(tǒng)計量tcps成員描述SNMP使用tcps_accepts tcps_closed tcps_connattempt tcps_conndrops tcps_connects tcps_delack tcps_drops tcps_keepdrops tcps_keepprobe tcps_keeptimeo tcps_pawsdrop tcps_pcbcachemis

7、s tcps_persisttimeo tcps_predack tcps_preddat tcps_rcvackbyte tcps_rcvackpack tcps_rcvacktoomuch tcps_rcvafterclose tcps_rcvbadoff tcps_rcvbadsum tcps_rcvbyte tcps_rcvbyteafterwin tcps_rcvdupack tcps_rcvdupbyte tcps_rcvduppack tcps_rcvoobyte tcps_rcvoopack tcps_rcvpack tcps_rcvpackafterwin tcps_rcvp

8、artdupbyte tcps_rcvpartduppack tcps_rcvshort tcps_rcvtotal tcps_rcvwinprobe tcps_rcvwinupd tcps_rexmttimeo tcps_rttupdated tcps_segstimed tcps_sndacks tcps_sndbyte tcps_sndctrl tcps_sndpack tcps_sndprobe tcps_sndrexmitbyte tcps_sndrexmitpack tcps_sndtotal tcps_sndurg tcps_sndwinup tcps_timeoutdrop打開

9、的連接數(shù)關閉的連接數(shù)(包括意外丟失的連接)試圖建立連接的次數(shù)(調用connect)在連接建立階段失敗的連接次數(shù)(SYN收到之前)主動打開的連接次數(shù)(調用connect成功)延遲發(fā)送的ACK數(shù)意外丟失的連接數(shù)(收到SYN之后)在保活階段丟失的連接數(shù)(己建立或正等待SYN)?；钐綔y指針發(fā)送次數(shù)?；疃〞r器或連接建立定時器超時次數(shù)由于PSWS而丟失的報文段數(shù)PCB高速緩存匹配失敗次數(shù)持續(xù)定時器超時次數(shù)對ACK報文首部 的正確次數(shù)對數(shù)據(jù)報文首部的正確次數(shù)由收到的ACK報文確認的發(fā)送字節(jié)數(shù)收到的ACK報文數(shù)收到的對未發(fā)送數(shù)據(jù)進行確認的ACK報文數(shù)連接關閉后收到的報文數(shù)收到的首部長度無效的報文數(shù)收到的檢驗和

10、錯誤的報文數(shù) 連續(xù)收到的字節(jié)數(shù)在滑動窗口己滿時收到的字節(jié)數(shù)收到的重復ACK報文的次數(shù)在完全重復報文中收到的字節(jié)數(shù)內容完全一致的報文數(shù)收到失序的字節(jié)數(shù)收到失序的報文數(shù)順序接收的報文數(shù)攜帶數(shù)據(jù)超出滑動窗口通告值的報文數(shù)部分內容重復的報文中的重復字節(jié)數(shù) 部分數(shù)據(jù)重復的報文數(shù)長度過短的報文數(shù)收到的報文總數(shù)收到的窗口探測報文數(shù)收到的窗口更 文數(shù)重傳超時次數(shù)RTT估算值更新次數(shù)可用于RTT測算的報文數(shù)發(fā)送的純ACK報文數(shù)(數(shù)據(jù)長度=0)發(fā)送的字節(jié)數(shù)發(fā)送的控制(SYN、FIN、RST)報文數(shù)(數(shù)據(jù)長度=0)發(fā)送的數(shù)據(jù)報文數(shù)(數(shù)據(jù)長度0)發(fā)送的窗口探測次數(shù)(等待定時器強行加入1字節(jié)數(shù)據(jù))重傳的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)重傳的

11、報文數(shù)發(fā)送的報文總數(shù)只攜帶URG標志的報文數(shù)(數(shù)據(jù)長度=0)只攜帶窗口更新信息的報文數(shù)(數(shù)據(jù)長度=0)由于重傳超時而丟失的連接數(shù)第24章 TCP：傳輸控制協(xié)議計計639在命令行輸入nets-s，系統(tǒng)將輸出當前TCP的統(tǒng)計值。圖24-5的例子顯示了主機連續(xù)運行30天后，各統(tǒng)計計數(shù)器的值。由于某些統(tǒng)計量互相關聯(lián) 一個保存數(shù)據(jù)分組數(shù)目，另一個保存相應的字節(jié)數(shù) 圖中做了一些簡化。例如，表中第二行tcps_snd(pack,byte)實際表示了兩個統(tǒng)計量， tcps_sndpack和tcps_sndbyte。tcps_sndbyte值應為3 722 884 824字節(jié)，而不是-22 194 928字節(jié)，

12、平均每個數(shù)據(jù)分組有450字節(jié)。類似的， tcps_rcvackbyte值應為3 738 811 552字節(jié)，而不是-21 264 360字節(jié)(平均每個數(shù)據(jù)分組565字節(jié))。這些數(shù)據(jù)之所以被錯誤地顯示，是程序中調用prf語句時使用了%d(符號整型)，而非%lu(無符號長因為nets整型)。所有統(tǒng)計量均定義為無符號長整型，上面兩個統(tǒng)計量的值己接近無符號長整型的上限(232-1=4 294 967 295)。32位輸出成員圖24-5 TCP統(tǒng)計量樣本640計計TCP/IP詳解 卷2：實現(xiàn)24.2.3 SNMP變量圖2 4 - 6列出了 SNMP TCP 組中定義的 1 4 個S N M P簡單變量，

13、以及與它們相對應的tcps結構中的統(tǒng)計量。前四項的常量值在 Net/3中定義，計數(shù)器tcpCurrEstab用于保存TCP PCB表中ernet PCB的數(shù)目。圖24-7列出了tcpTable，即TCP表(listener table )。圖24-6 tcp 組中的簡單SNMP變量index = .圖24-7 TCP表：tcpTable 中的變量SNMP變量PCB變量描述tcpConnSet_se連接狀態(tài)： 1 = CLOSED, 2=LISTEN, 3 = SYN_SENT, 4 = SYN_RCVD, 5 = ESTABLISHED,6 = FIN_WAIT,7 = FIN_WAIT_2,

14、 8 = CLOSE_WAIT, 9 = LAST_ACK,10 = CLOSING, 11 = TIME_WAIT,12 = 刪除TCP控制塊tcpConnLocalAddressinp_laddr本地IP地址tcpConnLocalPortinp_lport本地端tcpConnRemAddressinp_faddr遠端IP地址tcpConnRemPortinp_fport遠端端SNMP變量tcps成員或常量描述tcpRtoAlgorithm4用于計算重傳定時時限的算法：1=其他；2=RTO為固定值；3=MIL-STD-1778附錄B；4=Van Jacobson的算法；tcpRtoMin1

15、000最小重傳定時時限，以毫秒為tcpRtoMax64000最大重傳定時時限，以毫秒為tcpMaxConn-1可支持的最大TCP連接數(shù)(-1表示動態(tài)設置)tcpActiveOpenstcps_connattempt從CLOSED轉換到SYN SENT的次數(shù)tcpPassiveOpenstcps_accepts從LISTEN轉換到SYN RCVD的次數(shù)tcpAttemptFailstcps_conndrops從SYN_SENT或SYN_RCVD轉換到CLOSED的次數(shù)+從SYN_RCVD轉換到LISTEN的次數(shù)tcpEstabResetstcps_drops從ESTABLISHED或CLOSE_

16、WAIT轉換到CLOSED的次數(shù)tcpCurrEstab(見正文)當前位于ESTABLISHED或CLOSE_WAIT狀態(tài)的連接數(shù)tcpInSegstcps_rcvtotal收到的報文總數(shù)tcpOutSegstcps_sndtotal-tcps_sndrexmitpack發(fā)送的報文總數(shù)，減去重傳報文數(shù)tcpRetransSegstcps_sndrexmitpack重傳的報文總數(shù)tcpInErrstcps_rcvbadsum + tcps_rcvbadoff +tcps_rcvshort收到的出錯報文總數(shù)tcpOutRsts(未實現(xiàn))RST標志置位的發(fā)送報文數(shù)第24章 TCP：傳輸控制協(xié)議計計6

17、41第一個PCB變量(t_s (圖22-4)。e)來自TCP控制塊(圖24-13)，其他四個變量來自ernet PCB24.3TCP 的protosw結構圖24-8列出了TCP protosw結構的成員變量，它定義了TCP協(xié)議與系統(tǒng)內其他協(xié)議間的交互接口。成員變量描述inetsw2pr_type pr_pr_ptotocol pr_flags pr_input pr_output pr_ctlinput pr_ctloutput pr_usrreg pr_init pr_fasttimo pr_slowtimo pr_dra pr_sysctlS O C K _ S T R E A M& i

18、n e tI P P R O T O _ T C P ( 6 )TCP提供字節(jié)流傳輸服務 TCP屬于 ernet協(xié)議族填充IP首部的ip_p字段P R _ C O N N R E Q U I R E D | P R _ W A N T R C V D 插口層標志，協(xié)議處理中忽略t c p _ i n p u t 0t c p _ c t l i n p u tt c p _ c t l o u t p u t t c p _ u s r r e qt c p _ i n i tt c p _ f a s t t i m o t c p _ s l o w t i m oc p _ d r a

19、i n0從IP層接收消息TCP協(xié)議忽略該成員變量處理ICMP錯誤的控制輸入函數(shù)在進在進響應管理請求響應通信請求TCP初始化快超時函數(shù)，每200 ms 調用一次慢超時函數(shù)，每500 ms 調用一次內核mbuf耗盡時調用TCP協(xié)議忽略該成員變量圖24-8TCP protosw 結構24.4TCP的首部tcphdr結構定義了TCP首部。圖24-9給出了tcphdr結構的定義，圖24-10描述了TCP首部。圖24-9 tcphdr 結構642計計TCP/IP詳解卷2：實現(xiàn)圖24-10TCP首部及可選數(shù)據(jù)大多數(shù)RFC文檔，相關書籍 (包括卷 1 )和接下來要的 TCP實現(xiàn)代碼，都把th_urp稱為“緊急

20、指針(urgent poer) ”。更準確的名稱應該是“緊急數(shù)據(jù)偏移量(urgent offset)”，因為這個字段給出的16 bit無符號整數(shù)值，與th_seg序號字段相加后，得到發(fā)送的緊急數(shù)據(jù)最后一個八位組的 32 bit序號(關于該序號應該是緊急數(shù)據(jù)最后一個字節(jié)的序號，或者是緊急數(shù)據(jù)結束后的第一個字節(jié)的序號，一直存在著爭議。目前的而言，這一點無關緊要 )。圖24-13中，TCP代碼把保存緊急數(shù)據(jù)但就最后一個八位組的 32 bit序號的snd_up正確地稱為“緊急數(shù)據(jù)發(fā)送指針”。如果將TCP首部的16 bit偏移量也稱為“指針”，容易引起誤解。在練習 26.6中， “緊急指針”和“緊急數(shù)據(jù)

21、偏移量”間的區(qū)別。TCP首部中4 bit的首部長度、接著的6 bit的保留字段和6 bit的碼元標志，在C結構中定義為兩個4 bit的比特字段，和緊跟的一個8 bit字節(jié)。為了處理兩個比特字段在 8 bit 字節(jié)中的存放重申了次序，C代碼根據(jù)不同的主機字節(jié)順序使用了 #ifdef語句。還請注意， TCP中稱4 bit的th_off為“首部長度”，而C代碼中稱之為“數(shù)據(jù)偏移量”。兩種名稱都正確，因為它表示 TCP首部的長度，包括可選項，以 32 bit為戶數(shù)據(jù)第一個字節(jié)的偏移量。，也就是指向用th_flags成員變量包括6個碼元標志比特，通過圖24-11中定義的名稱讀寫。Net/3中，TCP首部

22、通常意味著“ IP首部 + TCP首部”。tcp_input處理收到的IP數(shù)據(jù)報和tcp_output構造待發(fā)送的IP數(shù)據(jù)報時都采用了這一構的定義，形式化地描述了組合的IP/TCP首部。圖 24-12中給出了tcpiphdr結3 8 - 5 8圖23-19給出的ipovly結構定義了20字節(jié)長度的IP首部。通過前面章節(jié)的盡管長度相同(20字節(jié))，但這個結構并不是一個真正的IP首部?？芍?6位源端16位目的端32位序號20字節(jié)32位確認序號4位保留16位窗口大小首部長度(6位)16位TCP檢驗和16位緊急數(shù)據(jù)偏移量選項(如果有)數(shù)據(jù)(如果有)第24章 TCP：傳輸控制協(xié)議計計643圖24-11

23、 th_flags 值圖24-12 tcpiphdr 結構定義：組合的IP/TCP首部24.5TCP的控制塊在圖22-1中看到，除了標準的ernet PCB外，TCP還有自己的控制塊， tcpcb結構，而UDP則不需要控制塊，它的全部控制信息都已包含在ernet PCB中。TCP控制塊較大，需占用140字節(jié)。從圖22-1中可看到，ernet PCB與TCP控制塊彼此對應，都帶有指方的指針。圖 24-13給出了TCP控制塊的定義。圖24-13 tcpcb 結構：TCP控制塊th_flags描述T H _ A C K T H _ F I N T H _ P U S H T H _ R S T T

24、H _ S Y N T H _ U R G確認序號(th_ack)有效發(fā)送方字節(jié)流結束接收方應該立即將數(shù)據(jù)提交給應用程序連接復位序號同步(建立連接)緊急數(shù)據(jù)偏移量(th_urp)有效644計計TCP/IP詳解卷2：實現(xiàn)圖24-13 (續(xù))第24章 TCP：傳輸控制協(xié)議計計645現(xiàn)在暫不上述成員變量的具體含義，在后續(xù)代碼中遇到時再詳細分析。圖24-14列出了t_flags變量的可選值。t_flags描述T F _ A C K N O WT F _ D E L A C K立即發(fā)送ACK延遲發(fā)送ACK立即發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，不等待形成最大報文段(不使用TCP選項(永不填充TCP選項字段) FIN已發(fā)送T

25、F _ NA YNagle算法)T F _ N O O P TT F _ S E N T F I NT F _ R C V D _ S C A L E 對端在SYN報文中發(fā)送窗口變化選項時置位T F _ R C V D _ T S T M P 對端在SYN報文中發(fā)送時間戳選項時置位T F _ R E Q _ S C A L ET F _ R E Q _ T S T M P已經(jīng)/將要在SYN報文中請求窗口變化選項已以/將要在SYN中請求時間戳選項圖24-14 t_flags 取值24.6TCP的狀態(tài)變遷圖TCP協(xié)議根據(jù)連接上到達報文的不同類型，采取相應動作，協(xié)議規(guī)程可抽象為圖 24-15所示的有

26、限狀態(tài)變遷圖。讀者在本書的扉頁前也可找到這，以便在閱讀有關TCP的章節(jié)時參考。圖中的各種狀態(tài)變遷組成了 TCP有限狀態(tài)機。盡管TCP協(xié)議允許從LISTEN狀態(tài)直接變遷到SYN_SENT狀態(tài)，但使用SOCKET API編程時這種變遷不可實現(xiàn) (調用listen后不可以調用connect)。TCP控制塊的成員變量t_s接的當前狀態(tài)，可選值如圖 24-16所示。e保存圖中還定義了tcp_outflags數(shù)組，保存了處于對應連接狀態(tài)時 tcp_output將使用的輸出標志。圖24-16還列出了與符號常量相對應的數(shù)值，因為在代碼中將利用它們之間的數(shù)值關系。例下面兩個宏定義：#define TCPS_HA

27、VERCVDSYN(s) (s)=TCPS_SYN_RECEIVED) #define TCPS_HAVERCVDFIN(s) (s)=TCPS_TIME_WAIT)類似地，連接未建立時，即t_sICMP差錯的方式也不同。e小于TCPS_ESTABLISHED時，tcp_notify處理TCPS_HAVERCVDSYN名是正確的，但TCPS_HAVERCVDFIN則可能引起誤解，因為在 CLOSE_WAIT、CLOSING和LAST_ACK狀態(tài)也會收到FIN。29章中遇到該宏。在第半關閉當進程調用shutdown且第二個參數(shù)設為1時，稱為“半關閉”。TCP發(fā)送FIN，但允許進同一端口上繼續(xù)接收

28、數(shù)據(jù)(卷1的18.5節(jié)中舉例介紹了TCP的半關閉)。例如，盡管圖 24-15中只在ESTABLISHED狀態(tài)標注了“數(shù)據(jù)傳輸”，但如果進程執(zhí)行了 “半關閉”，則連接變遷到FIN_WAIT_1狀態(tài)和其后的FIN_WAIT_2狀態(tài)，在這兩個特定狀態(tài)中，進程仍然可以接收數(shù)據(jù)。646計計TCP/IP詳解卷2：實現(xiàn)圖24-15TCP狀態(tài)變遷圖24.7TCP的序號TCP連接上傳輸?shù)拿總€數(shù)據(jù)字節(jié)，以及 SYN、FIN等控制報文都被賦予一個 32 bit的序號。 TCP首部的序號字段(圖24-10)填充了報文段第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的 32 bit的序號，確認號字段填充起點打開 appl打開send: 第24章 TC

29、P：傳輸控制協(xié)議計計647了發(fā)送方希望接收的下一序號，確認已正確接收了所有序號小于等于確認號減 1的數(shù)據(jù)字節(jié)。換言之，確認號是ACK發(fā)送方等待接收的下一序號。只有當報文首部的 ACK標志置位時，確認序號才有效。讀者將看到，除了在主動打開首次發(fā)送 SYN時(SYN_SENT狀態(tài)，參見圖24-16中的tcp_outflags2)或在某些RST報文段中， ACK標志總是被置位的。t_se值描述tcp_outflagsT C P S _ C L O S E D T C P S _ L I S T E NT C P S _ S Y N _ S E N TT C P S _ S Y N _ R E C E

30、 I V E D T C P S _ E S T A B L I S H E D T C P S _ C L O S E _ W A I TT C P S _ F I N _ W A I T _ 1 T C P S _ C L O S I N GT C P S _ L A S T _ A C KT C P S _ F I N _ W A I T _ 2 T C P S _ T I M E _ W A I T012345678910T H _ R S T| T H _ A C K 0T H _ S Y NT H _ S Y N| T H _ A C KT H _ A C K T H _ A C

31、KH _ F I N| T H _ A C K T H _ F I N| T H _ A C K T H _ F I N| T H _ A C KH _ A C KT H _ A C K關閉連接請求(打開)已發(fā)送SYN(主動打開)已發(fā)送并接收SYN；等待ACK連接建立(數(shù)據(jù)傳輸)已收到FIN，等待應用程序關閉已關閉，發(fā)送FIN；等待ACK和F同時關閉；等待ACK收到的FIN已關閉；等待ACK已關閉，等待F主動關閉后2MSL等待狀態(tài)圖24-16 t_se 取值由于TCP連接是全雙工的，每一端都必須為兩個方向上的數(shù)據(jù)流序號。 TCP控制塊中(圖24-13)有13個序號： 8個用于數(shù)據(jù)發(fā)送(發(fā)送序號

32、空間)，5個用于數(shù)據(jù)接收(接收序號空間)。圖24-17給出了發(fā)送序號空間中 4個變量間的關系： snd_wnd、snd_una、snd_nxt和snd_max。這個例子列出了數(shù)據(jù)流的第 1第11字節(jié)。圖24-17 發(fā)送序號空間舉例一個有效的ACK序號必須滿足：snd_una 確認序號 = snd_max圖2 4 - 1 7 的例子中，一個有效 A C K的確認號必須是 5 、6或7 。如果確認號小于或等于 snd_una，則是一個重復的ACK。它確認了已確認過的八位組，否則snd_una不會遞增超過那些序號。提供的窗口(由接收方通告)可用窗口無法發(fā)送直發(fā)送尚未確認到窗口移動發(fā)送并已確認能夠發(fā)送

33、最早的未確認下一個發(fā)送序號過的序號最大發(fā)送序號648計計TCP/IP詳解 卷2：實現(xiàn)tcp_output中有多處用到下面的測試，如果正發(fā)送的是重傳數(shù)據(jù)，則表達式為真：snd_nxt snd_max圖24-18給出了圖24-17中連接的另一端：接收序號空間，圖中假定還未收到序號為 4、5、 6的報文，標出了三個變量rcv_nxt、rcv_wnd和rcv_adv。圖24-18 接收序號空間舉例如果接收報文段中攜帶的數(shù)據(jù)落在接收窗口內，則該報文段是一個有效報文段。換言之，下面兩個不等式中至少要有一個為真。rcv_nxt = 報文段起始序號 rcv_nxt + rcv_wnd rcv_nxt =報文段

34、終止序號 rcv_nxt + rcv_wnd報文段起始序號就是TCP首部的序號字段， ti_seq。終止序號是序號字段加上 TCP數(shù)據(jù)長度后減1。例如，圖24-19中的TCP報文段，攜帶了圖24-17中發(fā)送的三個字節(jié)，序號分別是 4、5和6。圖24-19 TCP報文段在IP數(shù)據(jù)報中傳輸假定IP數(shù)據(jù)報中有8字節(jié)的IP任選項和12字節(jié)的TCP任選項。圖12-20列出了各有關變量的取值。圖24-20 圖24-19中各變量的取值ti_len并非TCP首部的字段，而是在對接收到的首部計算檢驗和及完成驗證之后，根據(jù)圖24-20中的算式得到的結果，到外加的 IP結構中(圖24-12)。圖中最后一個值并不到變

35、量中，而是在需要時直接從其他值中通過計算得到。變量值描述ip_hl ip_len ti_off ti_seq76384IP首部+IP任選項長度，以32 bit 為(=28字節(jié)) IP數(shù)據(jù)報長度，以字節(jié)為(20+8 +20+12+3)TCP首部+TCP任選項長度，以32 bit為(=32字節(jié))用戶數(shù)據(jù)第一個字節(jié)的序號ti_len36TCP數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)： ip_len-(ip_hl4)-(ti_off4)用戶數(shù)據(jù)最后一個字節(jié)的序號： ti_seq+ti_len-163字節(jié)IP數(shù)據(jù)報IP首部IP選項TCP首部TCP選項20字節(jié)820121 1 1接收窗口(向發(fā)送方通告)TCP已確認的序號不允許接收的

36、序號下一個接收序號通告序號最大值加1第24章 TCP：傳輸控制協(xié)議計計6491. 序號取模運算TCP必須處理的一個問題是序號來自有限的 32位取值空間： 04 294 967 295。如果某個TCP連接傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量超過232字節(jié)，序號從4 294 967 295 回繞到0，將出現(xiàn)重復序號。即使傳輸數(shù)據(jù)量小于232字節(jié)，仍可能遇到同樣，因為連接的初始序號并不一定從 0開始。各數(shù)據(jù)流方向上的初始序號可以是 04 294 967 295之間的任何值。這個問題使序號復雜化。例如，序號 可能大于序號。在tcp.h中，TCP序號定義為unsigned lo n：g typedef u_long tcp_s

37、eq;圖24-21定義了4個用于序號比較的宏。圖24-21 TCP序號比較宏2. 舉例序號比較下面這個例子說明了TCP序號的操作方式。假定序號只有 3 bit，07。圖24-22列出了全部 8個序號和相應的二進制補碼 (為求二進制補碼，將二進制碼中的所有 0變?yōu)?，所有1變?yōu)?，最后再加1)。給出補碼形式，是因為a-b =a+(b的補碼)。圖24-22 3 bit序號舉例表中最后三欄分別是 0-x、1-x和2-x。在這三欄中，如果定義計算結果是帶符號整數(shù) (注意圖 2 4 - 2 1 中的四個宏，計算結果全部強制轉換為) ，那么最為 1 表示值小于 0(SEQ_LT宏)，最值和四個非負值。為0

38、且值不為0表示大于0 ( SEQ_GT宏)。最后三欄中以橫線分隔開四個負請注意圖24-22中的第四欄(標注“ 0-x”)，可看出0小于1、2、3和4(最比特為1)，而0大于5、6和7(最比特為0且結果非0)。圖24-23顯示了這種關系。圖24-23 3 bit的TCP序號的比較 0大于這些序號 0小于這些序號 二進制碼二進制補碼650計計TCP/IP詳解 卷2：實現(xiàn)圖24-22中的第五欄(1-x)也存在類似的關系，如圖24-24所示。圖24-24 3 bit的TCP序號的比較圖24-25是上面兩圖的另一種表示形式，使用圓環(huán)強調了序號的回繞現(xiàn)象。圖24-25 圖24-23和圖24-24的另一種表

39、示形式就TCP而言，通過序號比較來確定給定序號是新序號或重傳序號。例如，在圖 24-24的例子中，如果TCP正等待的序號為 1，但到達序號為 6，通過前面介紹的計算可知 6小于1，從而判定這是重傳的數(shù)據(jù)，可予以丟棄。但如果到達序號為 5，因為5大于1，TCP判定這是新數(shù)據(jù)，予以保存，并繼續(xù)等待序號為 2、3和4的八位組(假定序號為5的數(shù)據(jù)字節(jié)落在接收窗口內)。圖24-26擴展了圖24-25中左邊的圓環(huán)，用TCP 32 bit的序號替代了3 bit 的序號。圖24-26 與序號0比較：采用32 bit序號圖24-26右邊的圓環(huán)強調了32 bit序號空間的一半有231個可用數(shù)字。24.8tcp_i

40、nit函數(shù)系統(tǒng)初始化時，1. 設定初始發(fā)送序號init函數(shù)調用TCP的初始化函數(shù)： tcp_init (圖24-27)。初始發(fā)送序號(ISS)，tcp_iss，被初始化為1。請注意，代碼注釋，這是錯誤的。后面TCP的“平靜時間(quite time)”時，將簡單介紹這一選擇的原因。請讀者自行與圖 7-23中IP標識符的初始化做比較，后者使用了當天的時鐘。小于0大于0小于1小于0大于0大于1 1大于這些序號 1小于這些序號 第24章 TCP：傳輸控制協(xié)議計計651圖24-27 tcp_init 函數(shù)2. TCPernet PCB鏈表初始化PCB首部(tcb)的previous指針和next指針都

41、指向自己，這是一個空的雙向鏈表。 tcb PCB的其余成員均初始化為 0(所有未明確初始化的全局變量均設為 0)。事實上，除鏈表外，在該PCB首部中只用了一個字段inp_lport：下一個分配的TCP臨時端臨時端應為1024，練習22.4的解答中給出了原因。3. 計算最大協(xié)議首部長度。TCP使用的第一個到目前為止， 過的協(xié)議首部的長度最大不超過 40字節(jié)，max_protohdr設為40(組合的IP/TCP首部長度，不帶任何可選項 )。圖7-17定義了該變量。如果max_linkhdr (通常為 16)加40后大于放入單個mbuf中帶首部的數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)長度 (100字節(jié)，圖2-7中的MHLEN

42、)，內核將告警。MSL和平靜時間的概念TCP協(xié)議要求如果主機，且沒能保存打開 TCP連接上最后使用的序號，則重啟后在一個MSL(2分鐘，平靜時間)內，不能發(fā)送任何TCP報文段。目前，基本沒有 TCP實現(xiàn)能夠在系統(tǒng)或操作員關機時保存這些信息。MSL是最大報文段生存時間(um segment lifetime)，指任何報文段被丟棄前在網(wǎng)絡中能夠存在的最大時間。不同的實現(xiàn)可選擇不同的CLOSE_WAIT狀態(tài)等待2個MSL時間(圖24-15)。M S L 。連接主動關閉后，將在RFC 793(1981c) 建議MSL設定為2分鐘，但Net/3實現(xiàn)中MSL設為30秒(圖25-3中定義的常量TCPTV_MSL)。如果報文段