1. 應用層

1.1 server

socket() -> bind() -> listen() -> accept() -> recv() & send()

1.2 client

socket() ->? connect() -> send() & recv()

1.3 三次握手建立連接

(1) 客戶端發送一個 SYN 段（SYN 標志位置位），包含初始序號 ISN，在圖中，這個序號的值 seq = 2379453243. 在這個過程中，客戶端是通過 connect 函數發起連接請求的，此時 connect 函數阻塞，等待服務器發回 ACK 應答。

(2) 服務器端接收到 SYN 段后（通過listen監聽），知道有新的連接請求到來，于是初始化一個序號 ISN，在上面的例子中這個值是 seq = 4269857. 此時服務器創建一個 TCP 段，將 SYN 和 ACK 標志置位，讓 seq = 4269857, ack = 2379453244，然后將這個 TCP 段發送給客戶端。這個步驟完全有內核完成，并將此連接加入未完成連接隊列。

(3) 客戶端再次收到服務器發送來的 TCP 段后，檢查到帶有 SYN 和 ACK 標志，于是客戶端一方連接已經建立成功，此時 connect 函數返回。客戶端創建一個 TCP 段，將 ACK 標志置位，同時將 ack 的值設置為 4269858，發送給服務器。

(4) 服務器收到客戶端的 ACK 后，將此連接移到已完成連接隊列（accept）。

2. kernel流程

2.1?client 通過connect()發送SYN報文，向服務器發起tcp連接

connect ---->?SYSCALL_DEFINE3(__sys_connect)(socket.c) -> sock->ops->connect ->?inet_stream_connect(af_inet.c) ->?__inet_stream_connect ->?sk->sk_prot->connect ->?tcp_v4_connect(tcp_ipv4.c) ->?tcp_connect(tcp_output.c) ->?tcp_send_syn_data | tcp_transmit_skb(syn)

tcp_connect(): Build a SYN and send it off

對于阻塞調用，等待后續握手的完成；對于非阻塞調用，則直接返回 -EINPROGRESS，然后在select函數中來捕獲socket的連接、讀寫、異常事件以觸發相關操作。

2.2?tcp_rcv_state_process（三次握手狀態機）

網卡驅動 --> netif_receive_skb - --> ip_rcv ---> ip_local_deliver_finish ---> tcp_v4_rcv -> tcp_v4_do_rcv -> tcp_rcv_state_process

1) client

客戶端收到SYN+ACK報文，然后回ACK報文

case TCP_SYN_SENT: tcp_rcv_synsent_state_process ->?tcp_finish_connect & tcp_send_ack

client tcp state: CLOSING ->? TCP_SYN_SENT ->?TCP_ESTABLISHED

2) server

a. 收到客戶端SYN報文, 發送SYN+ACK報文

case?TCP_LISTEN：?icsk->icsk_af_ops->conn_request ->?tcp_v4_conn_request ->?tcp_conn_request ->?af_ops->send_synack ->?tcp_v4_send_synack

tcp_v4_send_synack():?Send a SYN-ACK after having received a SYN.

server tcp state變為TCP_NEW_SYN_RECV

b. 收到客戶端ACK報文

連接已經建立，喚醒阻塞的accept函數。

首先在tcp_v4_rcv中，建一個新的sock進入TCP_SYN_RECV狀態；

然后調用tcp_child_process ->?tcp_rcv_state_process，最終進入TCP_ESTABLISHED狀態，并放入accept隊列通知select/epoll。

server tcp state:? CLOSING ->??TCP_LISTEN ->? TCP_NEW_SYN_RECV ->?TCP_SYN_RECV ->? TCP_ESTABLISHED

2.3? server通過listen操作開始監聽，此時就可以接受到client連接請求。

listen ---->?SYSCALL_DEFINE2(listen) ->?__sys_listen ->?sock->ops->listen --->? inet_csk_listen_start

2.4 accept

accept()實際要做的事件并不多，它的作用是返回一個已經建立連接的socket(即經過了三次握手)，這個過程是異步的，accept()并不親自去處理三次握手過程，而只是監聽icsk_accept_queue隊列，當有socket經過了三次握手，它就會被加到icsk_accept_queue中，所以accept要做的就是等待隊列中插入socket，然后被喚醒并返回這個socket。而三次握手的過程完全是協議棧本身去完成的。換句話說，協議棧相當于寫者，將socket寫入隊列，accept()相當于讀者，將socket從隊列讀出。這個過程從listen就已開始，所以即使不調用accept()，客戶仍可以和服務器建立連接，但由于沒有處理，隊列很快會被占滿。

2.5 bind

bind操作的主要作用是將創建的socket與給定的地址相綁定，這樣創建的服務才能公開的讓外部調用。當然對于socket服務器的創建來說，這一步不是必須的，在listen()時如果沒有綁定地址，系統會選擇一個隨機可用地址作為服務器地址。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux kernel 三次握手建立TCP链接的实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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