linux内核协议栈 TCP数据接收之ACK的处理
昌栋
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1 ACK响应概述
在TCP输入数据段的处理过程中，如果发现输入段携带了ACK信息，则会调用tcp_ack()进行ACK相关的处理。实际中，ACK信息总是会携带的，因为携带ACK不需要任何的附加开销，所以对于输入的每一个段（除了RST【直接断链 】 等特殊段），这个过程总是要执行的，这篇笔记就来看看TCP对ACK确认的处理过程。
2 ACK处理 tcp_ack()
2.1 参数 flag
tcp_ack()有个非常重要的参数flag，其贯穿整个ACK的处理过程，它记录了从输入段中能够获取到的任何信息（比如是否携带了数据、是否重复ACK、是否是SACK等），供后面的拥塞控制、RTT采样等操作参考。flag可能是如下值的组合。
| flag | 值 | 描述 |
|---|---|---|
| FLAG_DATA | 0x01 | ACK段中携带了数据 |
| FLAG_WIN_UPDATE | 0x02 | 收到ACK段后更新了发送窗口，可能更新了左边界，也有可能更新了右边界(通告窗口变大) |
| FLAG_DATA_ACKED | 0x04 | ACK段确认了新数据 |
| FLAG_RETRANS_DATA_ACKED | 0x08 | ACK段携带的数据已经收到过了 |
| FLAG_SYN_ACKED | 0x10 | ACK段确认了SYN段 |
| FLAG_DATA_SACKED | 0x20 | ACK段确认了新的数据 |
| FLAG_ECE | 0x40 | 该ACK段携带了ECE标志 |
| FLAG_DATA_LOST | 0x80 | SACK检测到了数据丢失 |
| FLAG_SLOWPATH | 0x100 | 该ACK段是由慢速路径处理的 |
| FLAG_ONLY_ORIG_SACKED | 0x200 | |
| FLAG_SND_UNA_ADVANCED | 0x400 | ACK段更新了snd_una，即收到ACK后，发送窗口左边界可以右移 |
| FLAG_DSACKING_ACK | 0x800 | ACK段中包含有DSACK信息 |
| FLAG_NONHEAD_RETRANS_ACKED | 0x1000 | |
| FLAG_SACK_RENEGING | 0x2000 | 检测到之前SACK确认过的数据段被对端丢弃了(这是协议允许的） |
此外，还定义了一些基本flag的组合：
#define FLAG_ACKED (FLAG_DATA_ACKED|FLAG_SYN_ACKED)
//用于判断输入的数据段是否为重复段
#define FLAG_NOT_DUP (FLAG_DATA|FLAG_WIN_UPDATE|FLAG_ACKED)
#define FLAG_CA_ALERT (FLAG_DATA_SACKED|FLAG_ECE)
#define FLAG_FORWARD_PROGRESS (FLAG_ACKED|FLAG_DATA_SACKED)
#define FLAG_ANY_PROGRESS (FLAG_FORWARD_PROGRESS|FLAG_SND_UNA_ADVANCED)
2.2 tcp_ack()处理流程
tcp_ack()的核心操作干了三件事：
- 更新发送窗口；
- 清除发送队列中已经被确认的数据（包括重传数据）并进行RTT采样；
- 进行拥塞控制。
/* This routine deals with incoming acks, but not outgoing ones. */
static int tcp_ack(struct sock *sk, struct sk_buff *skb, int flag)
{
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
//TCB中尚未被确认的最小序号
u32 prior_snd_una = tp->snd_una;
//ACK段中的序号
u32 ack_seq = TCP_SKB_CB(skb)->seq;
//ACK段中的确认号
u32 ack = TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq;
u32 prior_in_flight;
u32 prior_fackets;
int prior_packets;
int frto_cwnd = 0;
/* If the ack is newer than sent or older than previous acks
* then we can probably ignore it.
*/
//确认的是还没有发送的数据，这是无意义的确认，直接返回
if (after(ack, tp->snd_nxt))
goto uninteresting_ack;
//该确认号已经收到过了。这种可能是重复ACK，也有可能是正常的，比如该AC段有延时。
//这种ACK有可能还携带了有效的SACK信息
if (before(ack, prior_snd_una))
goto old_ack;
//到这里，说明确认号在期望的范围内[snd_una, snd_nxt],
//确认号确认了新数据，设置FLAG_SND_UNA_ADVANCED标记。
//if判断是为了排除ack==prior_snd_una的情况
if (after(ack, prior_snd_una))
flag |= FLAG_SND_UNA_ADVANCED;
//tcp_abc特性相关
if (sysctl_tcp_abc) {
if (icsk->icsk_ca_state < TCP_CA_CWR)
tp->bytes_acked += ack - prior_snd_una;
else if (icsk->icsk_ca_state == TCP_CA_Loss)
/* we assume just one segment left network */
tp->bytes_acked += min(ack - prior_snd_una, tp->mss_cache);
}
prior_fackets = tp->fackets_out;
prior_in_flight = tcp_packets_in_flight(tp);
//下面是更新发送窗口，按照快速路径和慢速路径分别处理
if (!(flag & FLAG_SLOWPATH) && after(ack, prior_snd_una)) {
/* Window is constant, pure forward advance.
* No more checks are required.
* Note, we use the fact that SND.UNA>=SND.WL2.
*/
//记录最近一次导致发送窗口更新的ACK段的序号，即tp->snd_wl1=ack_seq
tcp_update_wl(tp, ack, ack_seq);
//更新发送窗口左边界
tp->snd_una = ack;
//设置发送窗口更新标记
flag |= FLAG_WIN_UPDATE;
//通知拥塞控制算法，发生了CA_EVENT_FAST_ACK事件
tcp_ca_event(sk, CA_EVENT_FAST_ACK);
NET_INC_STATS_BH(LINUX_MIB_TCPHPACKS);
} else {
//慢速路径处理
//ACK段还携带了数据，设置FLAG_DATA标记
if (ack_seq != TCP_SKB_CB(skb)->end_seq)
flag |= FLAG_DATA;
else
NET_INC_STATS_BH(LINUX_MIB_TCPPUREACKS);
//更新发送窗口
flag |= tcp_ack_update_window(sk, skb, ack, ack_seq);
//SACK相关处理
if (TCP_SKB_CB(skb)->sacked)
flag |= tcp_sacktag_write_queue(sk, skb, prior_snd_una);
//ECN相关处理
if (TCP_ECN_rcv_ecn_echo(tp, tcp_hdr(skb)))
flag |= FLAG_ECE;
//通知拥塞控制算法，发生了CA_EVENT_SLOW_ACK事件
tcp_ca_event(sk, CA_EVENT_SLOW_ACK);
}
//清除软件错误
sk->sk_err_soft = 0;
//更新最近一次接收到ACK段的时间戳
tp->rcv_tstamp = tcp_time_stamp;
//如果之前根本就没有待确认的段，那么无需后续的重传队列以及拥塞控制处理；
//这种情况下需要做和持续定时器相关的操作，因为可能之前传送过探测报文
prior_packets = tp->packets_out;
if (!prior_packets)
goto no_queue;
//删除重传队列中已经确认的数据段，并进行时延采样
flag |= tcp_clean_rtx_queue(sk, prior_fackets);
//F-RTO算法相关内容
if (tp->frto_counter)
frto_cwnd = tcp_process_frto(sk, flag);
/* Guarantee sacktag reordering detection against wrap-arounds */
if (before(tp->frto_highmark, tp->snd_una))
tp->frto_highmark = 0;
//拥塞控制相关
if (tcp_ack_is_dubious(sk, flag)) {
/* Advance CWND, if state allows this. */
if ((flag & FLAG_DATA_ACKED) && !frto_cwnd &&
tcp_may_raise_cwnd(sk, flag))
tcp_cong_avoid(sk, ack, prior_in_flight);
tcp_fastretrans_alert(sk, prior_packets - tp->packets_out,
flag);
} else {
if ((flag & FLAG_DATA_ACKED) && !frto_cwnd)
tcp_cong_avoid(sk, ack, prior_in_flight);
}
if ((flag & FLAG_FORWARD_PROGRESS) || !(flag & FLAG_NOT_DUP))
dst_confirm(sk->sk_dst_cache);
return 1;
no_queue:
//之前没有未被确认的段，收到了ACK，进行持续定时器相关处理
icsk->icsk_probes_out = 0;
/* If this ack opens up a zero window, clear backoff. It was
* being used to time the probes, and is probably far higher than
* it needs to be for normal retransmission.
*/
if (tcp_send_head(sk))
tcp_ack_probe(sk);
return 1;
old_ack:
//虽然该ACK已经收到过了，但是如果其携带了SACK信息，需要更新确认内容
if (TCP_SKB_CB(skb)->sacked)
tcp_sacktag_write_queue(sk, skb, prior_snd_una);
uninteresting_ack:
SOCK_DEBUG(sk, "Ack %u out of %u:%u\n", ack, tp->snd_una, tp->snd_nxt);
return 0;
}
2.2.1 更新发送窗口
2.2.2 删除已经确认的数据段+RTT采样
《linux内核协议栈 TCP数据接收之清除发送队列 + RTT采样》
2.2.3 拥塞控制
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