TCP畅谈

背景

本文是基于对以太网帧（FRAME）的研究，其中又对TCP的报文进行了ACK应答，丢包重传机制的补充，本文将对这些技术做一个大概的阐述。另外本文将用到wireshark抓包工具，具体使用细节由读者自己研究。系统：UBUNTU 16.04 64bit

1.以太网FRAME头

1.1.格式

| dest_mac(6 byte) | source_mac(6 byte) | type(2 byte ) |

• type:类型用于指出该包是IP，ARP，IPV6数据报的类型;

1.2.存储格式

dest_mac     50:5e:49:20:4f:acsource_mac   00:1f:c6:9c:63:24type         0x0800(IPv4)存放格式：50 5e 49 20 4f ac 00 1f c6 9c 63 24 05 08 00   

1.IP头

1.1.IPV4头

    | 4bit version | 4bit headerlen |     8bit TOS     |16bit totallen（byte）|    |          16bit id         |3bit flags|       13bit frag_offset      |    | 8bit TTL     | 8bit protocol  |         16bit checksum                  |    |                                32bit source_ip                          |    |                                32bit dest_ip                            |    |                                (option)                                 |    version:版本号，一般为4    headerlen:IP头长度，右移2位,即若值为5,则长度为5<<2=20;    tos:服务类型，一般为0x00    totallen:总长度，包括IP头+IP数据    id,flags,frag_offset:这三项只有在IP包进行分片时，重组时会用到    TTL:生存时间。数据报每经过一个路由器，该值减1,直到为0,会将该数据报丢掉    protocol：用于标识传输协议类型，如TCP（6），UDP，ICMP，IGMP    checksum:校验和    source_ip：源IP地址    dest_ip：目的IP地址

1.2.校验和算法

• 把校验和字段置为0；
• 对IP头部中的每16bit进行二进制求和；
• 如果和的高16bit不为0，则将和的高16bit和低16bit反复相加，直到和的高16bit为0，从而获得一个16bit的值；
• 将该16bit的值取反，存入校验和字段。
• 当接收IP包时，需要对报头进行确认，检查IP头是否有误，算法同上2、3步，然后判断取反的结果是否为0，是则正确，否则有错。

unsigned short msnet_api_checksum(unsigned short *addr,int bytes){    unsigned int sum=0;    while(bytes>1){        sum+=*addr++;        bytes-=2;     }    if(bytes==1){        sum+=*(unsigned char*)addr;    }    sum=((sum&0xffff0000)>>16)+(sum&0xffff);      sum+=((sum&0xffff0000)>>16);       sum=(~sum);    sum=((sum&0xff00)>>8|(sum&0xff)<<8);    return sum;}

2.TCP报文知识

2.1.TCP头

    |           16bit source_port     |       16bit dest_port            |    |                         32bit seq_num                          |    |                         32bit ack_num                          |    |4bit headerlen|6bit res |6bit flags |    16bit window_size          |    |           16bit checksum        |       16bit urgent_point         |    |                              (option)                              |    |                                data                                |

2.2.校验和算法

• 把TCP报头中的校验和字段置为0
• 伪首部+TCP报头+TCP数据分为16位的字，如果总长度为奇数个字节，则在最后增添一个位都为0的字节。
• 用反码相加法累加所有的16位字（进位也要累加）。
• 对计算结果取反，作为TCP的校验和。

uint16 msframe_api_tcpchecksum(ETHERContext *pether_ctt,uint08 *tcpheader_buf)  {    FRAMEContext *pframe_ctt=&pether_ctt->frame_ctt;    IPHEADERContext *pipheader_ctt=&pether_ctt->ipheader_ctt;    TCPHEADERContext *ptcpheader_ctt=&pether_ctt->tcpheader_ctt;    unsigned char tcpcheck_buf[2048]={0};    /*----extern  header----*/    //source_ip    ms_network_4b(&(tcpcheck_buf[0]), pipheader_ctt->source_ip);    //dest_ip    ms_network_4b(&(tcpcheck_buf[4]), pipheader_ctt->dest_ip);    //0    tcpcheck_buf[8]=0;    //protocol    tcpcheck_buf[9]=pipheader_ctt->protocol;    //len    ms_network_2b(&(tcpcheck_buf[10]), (ptcpheader_ctt->header_len*4+pether_ctt->size));    /*header*/    ms_memcpy(&tcpcheck_buf[12], tcpheader_buf, ptcpheader_ctt->header_len*4);    /*data*/    ms_memcpy(&tcpcheck_buf[12+ptcpheader_ctt->header_len*4], pether_ctt->data, pether_ctt->size);    return msnet_api_checksum((uint16 * )tcpcheck_buf, 12+ptcpheader_ctt->header_len*4+pether_ctt->size);   }

2.3.快速丢包重传

• 当对端检测到有数据包丢失时，对端返回的ACK的选项中将带有SACK标志
• 发送端接收到该SACK包后，根据ACK的ack_num以及选项SACK中的已接收到数据范围，确定那些数据包被丢失了;
• 发送端迅速将丢失包进行重传;
• 对端在接收到重传包前，将一直返回SACK包，其中ack_num不变，选项SACK中的已接收到数据范围将一直增加，直到将缓冲区填满;
• 对端在接收到重传包后，将返回ACK包，ack_num为选项SACK中的已接收到数据范围的最大值;

3.问题解决

3.1.wireshark和tcpdump抓TCP包时，出现tcp的校验和失败，禁用网卡的offload功能即可：

sudo ethtool –offload eth0 rx off tx off sg off tso off

3.2.使用iptables禁用端口

3.2.1.选项

-A  添加一条INPUT/OUTPUT的规则-p  指定协议类型，如udp或者tcp--dport 目标端口--sport 源端口-s <ip> 根据IP地址进行控制-j  就是指定是 ACCEPT 接收 或者 DROP 不接收-L -n   查看

3.2.2.例子

1.允许接收tcp上8090端口的数据iptables -A INPUT -p tcp --dport 8090 -j ACCEPT2.禁止接收tcp上8090端口的数据iptables -A INPUT -p tcp --sport 8070 -j DROP3.允许发送tcp上8090端口的数据iptables -A OUTPUT -p tcp --sport 8090 -j ACCEPT4.禁止发送tcp上8090端口的数据iptables -A OUTPUT -p tcp --sport 8090 -j DROP5.保存service iptables save

3.3.当FRAME帧长度大于1514时，发送失败？

在1998年，Alteon Networks公司提出把Data Link Layer最大能传输的数据从1500 bytes 增加到9000 bytes，这个提议虽然没有得到IEEE 802.3 Working Group的同意，但是大多数设备厂商都已经支持
1500bytes 不包含18字节（14+4CRC），这种帧叫Jumbo frames，可以通过设置MTU来启动。