tcp，ip的基础知识

一：硬件基础知识；

TSO，GSO，LRO，GRO，RSS的概念：TSO（TCPSegmentation Offload），网卡对tcp数据包分片，减轻cpu负荷的一种技术，也需要硬件支持TCP的校验计算的分散，聚集等功能。GSO（GenericSegmentation Offload）：尽可能的推迟数据分片直至发送到网卡驱动之前。检查网卡是否支持分片功能，如果支持，直接发送到网卡，如果不支持，则进行分片后在发往网卡，
这样大数据包就只走一次协议栈，提高效率，

TSO只支持发送数据包，tcp层大的段会被网卡切包，然后传给对端，如果没有gro，则小的段会被一个个送到协议栈，有了gro后，就可以将tso切好的数据组成大包传递给协议栈，在napi的回调poll中读取数据包，

gro_result_t napi_gro_receive(struct napi_struct *napi, struct sk_buff *skb)
{
    skb_gro_reset_offset(skb);

    return napi_skb_finish(dev_gro_receive(napi, skb), skb);
}

napi_skb_finish会判断dev_gro_receive的返回值，还是需要将数据包立即feed进协议栈还是保存起来，

2：tcp校验和的问题

tcp校验和是一个端对端的校验和，发送端计算，接收端验证，目的是发现tcp首部和数据在发送端到接收端是否有改动，

TCP校验和覆盖TCP首部和TCP数据，而IP首部中的校验和只覆盖IP的首部，不覆盖IP数据报中的任何数据。TCP和UDP计算校验和时，都要加上一个12字节的伪首部：源IP地址、目的IP地址、保留字节(置0)、传输层协议号(TCP是6)、TCP报文长度(报头+数据)。伪首部是为了增加TCP校验和的检错能力：如检查TCP报文是否收错了(目的IP地址)、传输层协议是否选对了(传输层协议号)等。

首先，把伪首部、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。

其次，用反码相加法累加所有的16位字（进位也要累加）。

最后，对计算结果取反，作为TCP的校验和。

https://blog.csdn.net/zhangskd/article/details/11770647

#define CHECKSUM_NONE 0 //传输层自己计算校验和，硬件校验出错，单位丢弃数据包
#define CHECKSUM_UNNECESSARY 1  //硬件进行了完整的校验和，无需软件检查
//接收过程
#define CHECKSUM_COMPLETE 2//硬件已经校验了L4爆头和plaload部分，并且保存在csum，l4只计算伪报头
//发送过程
#define CHECKSUM_PARTIAL 3 //由硬件和软件配合计算校验和

2.1:用于计算发送校tcp验和

void tcp_v4_send_check(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
{
    const struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);

    __tcp_v4_send_check(skb, inet->inet_saddr, inet->inet_daddr);
}

    if (skb->ip_summed == CHECKSUM_PARTIAL) {

    //只计算伪首部，tcp报头和tcp数据的累加由硬件完成
        th->check = ~tcp_v4_check(skb->len, saddr, daddr, 0);
        skb->csum_start = skb_transport_header(skb) - skb->head;
        skb->csum_offset = offsetof(struct tcphdr, check); //校验和值在tcp的首部偏移
    } else {

//tcp_v4_check累加到伪首部，获取最终的校验和，csum_partial累加tcp报头，
skb->csum是tcp数据部分累加，从用户空间复制时顺便累加

        th->check = tcp_v4_check(skb->len, saddr, daddr,  csum_partial(th,th->doff << 2,
                              skb->csum));
    }

调用：csum_tcpudp_magic产生最终的校验和，调用

    return csum_fold(csum_tcpudp_nofold(saddr, daddr, len, proto, sum));

csum_tcpudp_nofold：按4字节累加到伪首部的sum中，累加sum的低16位、sum的高16位，并且对累加的结果取反。截取sum的高16位，作为校验和。

csum_partial->do_csum()用于计算一段内存的校验和，这里用于累加TCP报头。

 反码累加时，按16位、32位、64位来累加的效果是一样的。 使用内存对齐，减少内存操作的次数。

2.2:计算tcp的接收校验和

if (!skb_csum_unnecessary(skb) && tcp_v4_checksum_init(skb))//接收校验的第一步

static __sum16 tcp_v4_checksum_init(struct sk_buff *skb)
{
    const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);   
    if (skb->ip_summed == CHECKSUM_COMPLETE) { //tcp报头tcp数据反码累加由硬件完成
  //现在只需要在累加上伪首部，取反获取最终的校验和。  

    if (!tcp_v4_check(skb->len, iph->saddr, iph->daddr, skb->csum)) {skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY;
            return 0;
        }
    }

//对伪首部进行反码累加，主要用于软件方法

    skb->csum = csum_tcpudp_nofold(iph->saddr, iph->daddr, skb->len, IPPROTO_TCP, 0);
    if (skb->len <= 76) { return __skb_checksum_complete(skb); }//对于长度小于76的小包，累加tcp的报文和报头，完成校验。
    return 0;
}

if (tcp_checksum_complete_user(sk, skb))

最终调用校验和参数：__sum16 __skb_checksum_complete_head(struct sk_buff *skb, int len)
{
    __sum16 sum;
    sum = csum_fold(skb_checksum(skb, 0, len, skb->csum));
    printk(KERN_EMERG "sum:%d��skb->ip_summed=%d,skb->csum=%d\n",sum,skb->ip_summed,skb->csum);

    if (likely(!sum)) {
        if (unlikely(skb->ip_summed == CHECKSUM_COMPLETE))
            netdev_rx_csum_fault(skb->dev);
        skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY;
    }
    return sum;
}

 

3:客户端通知mss协商

客户端在发送SYN请求报文前，设置MSS钳制值为TCP_MSS_DEFAULT。#define TCP_MSS_DEFAULT         536U

当TCP客户端发起连接建立请求时，通过函数tcp_connect实现，其中调用tcp_connect_init函数初始化连接相关参数，包括最大MSS协商值mss_clamp。如果用户层通过setsockopt选项TCP_MAXSEG指定了MSS值，使用用户指定值。函数tcp_sync_mss将当前连接的路径MTU转换为缓存MSS值mss_cache。tcp_mss_clamp函数将通过路由系统取到的MSS值与通过setsockopt设置的值user_mss比较，采用较小的一个作为最终通告值advmss。