TCP/IP协议栈(三）——linux 向下的报文处理

　　应用程序连接服务器时，目的地套接字地址(端口号和IP地址)以参数形式传递给系统调用connect(tcp_v4_connect())。下面逐步介绍初始化该连接

1. 检查内核路由表，查找给定目的地IP地址路由表。该路由包含传出设备信息，如果没有传出设备，则初始化APR特定信息，并缓冲以便后用。若没有找到则返回错误。

   /**
    * 特殊的路由查找函数，用于TCP。
    * 是对普通路由缓存查找函数的封装。
    */
   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);
   }

2. 为 SYN报文分配一个报文(sk_buff)，构建tcp头，完成后将其发往IP层。

   * 构造并发送SYN段 */
   int tcp_connect(struct sock *sk)
   {
       struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
       struct sk_buff *buff;
   
       tcp_connect_init(sk);/* 初始化传输控制块中与连接相关的成员 */
   
       /* 为SYN段分配报文并进行初始化 */
       buff = alloc_skb(MAX_TCP_HEADER + 15, sk->sk_allocation);
       if (unlikely(buff == NULL))
           return -ENOBUFS;
   
       /* Reserve space for headers. */
       skb_reserve(buff, MAX_TCP_HEADER);
   
       TCP_SKB_CB(buff)->flags = TCPCB_FLAG_SYN;
       TCP_ECN_send_syn(sk, tp, buff);
       TCP_SKB_CB(buff)->sacked = 0;
       skb_shinfo(buff)->tso_segs = 1;
       skb_shinfo(buff)->tso_size = 0;
       buff->csum = 0;
       TCP_SKB_CB(buff)->seq = tp->write_seq++;
       TCP_SKB_CB(buff)->end_seq = tp->write_seq;
       tp->snd_nxt = tp->write_seq;
       tp->pushed_seq = tp->write_seq;
       tcp_ca_init(tp);
   
       /* Send it off. */
       TCP_SKB_CB(buff)->when = tcp_time_stamp;
       tp->retrans_stamp = TCP_SKB_CB(buff)->when;
   
       /* 将报文添加到发送队列上 */
       __skb_queue_tail(&sk->sk_write_queue, buff);
       sk_charge_skb(sk, buff);
       tp->packets_out += tcp_skb_pcount(buff);
       /* 发送SYN段 */
       tcp_transmit_skb(sk, skb_clone(buff, GFP_KERNEL));
       TCP_INC_STATS(TCP_MIB_ACTIVEOPENS);
   
       /* Timer for repeating the SYN until an answer. */
       /* 启动重传定时器 */
       tcp_reset_xmit_timer(sk, TCP_TIME_RETRANS, tp->rto);
       return 0;
   }

3. IP层首先检查传出报文的缓冲路由是否有效，若无效再次尝试获得有效路由。发生这种情况是因为路由从第一次发现目的路由时就已经改变，了能会产生路由失效。
4. 若路由缓存有效，则构建报文的IP头。
5. 检查防火墙策略，查看其是否允许该报文发出。如果允许发出，则在计算IP校验和并将其放在IP头的checksum域。发送到链路层。

   /**
    * TCP和SCTP发送包所用的函数。
    * 此函数只接收两个输入参数，所有处理包所需要的信息都可以通过skb直接或者间接的存取。
    *        Skb：        要传输的包的缓冲区描述符。此数据结构有填入IP报头以及传输包所需要的所有参数（如下一跳网关）。记住，ip_queue_xmit用于处理本地产生的包。转发包没有相关的套接字。
    *        Ipfragok：    主要由SCTP使用的标志，用来指出是否允许分段。
    */
   int ip_queue_xmit(struct sk_buff *skb, int ipfragok)

6. 如果前面全部通过，报文得到一个最终的有效传出设备。接着构建链路层头，只有当目的地IP有一个硬件地址时，才能构建链路层头。如果不知道目的地硬件地址，就需要发送APR请求。从APR确认中得到目的地IP硬件地址。
7. 将该报文放入设备队列做最终传输。
8. 从设备队列取出报文并检查是否可以从设备传输报文，若可以，则当前帧利用设备DMA来发送报文。否则重新将报文放入设备队列，使设备到CPU排队，并向CPU发出TxIRQ。CPU处理Tx softIRQ，取出报文并发送报文。
   
9. 报文成功传输后产生Tx中断，成功发送的报文将从Tx中断释放。                     

　　前面阐述啦首次连接设置的处理过程，在此过程缓存了一些重要信息，如路由、设备、APR等。下面将介绍TCP套接着写数据。

• 查找与套接字描述符相对应的套接字，利用Inode和私有数据找到该套接字。
• 向已连接的套接字写数据。TCP将数据复制到上一个报文(sk_buff没有满)，或者创建一个新的报文(sk_buff)
• 写完成后查询tcp状态机，检查是否可以立即发送数据。如果可以，接着就构建tcp头，将其发往ip层。否则，将报文放到tcp发送缓冲区结尾排队。
• 若在结尾排队，检查是否可以发送首报文。若可以，则构建tcp头发往IP层。同时初始化TCP重传定时器。

　　报文从套接字到达设备要经历三个阶段：

1. 套接字发送队列sk->write_queue。
2. 设备队列dev->q。
3. 网络控制器的DMA Tx环缓冲区。