lwip --- （十七）TCP状态机

服务器端接收到SYN握手包，向客户端返回带SYN和ACK的握手包，并将相应TCP控制块置为SYN_RCVD状态，并挂在tcp_active_pcbs链表上。以后，继续等待客户端发送过来的握手包，这次，服务器期望的是接收一个ACK包以完成建立连接要求的三次握手操作。

还是和前几次一样，数据包进来通过ip_input传递给tcp_input，后者在三个链表中查找一个匹配的连接控制块。这次进来的是客户端发送的ACK握手包，服务器端相应的tcp控制块一定是在tcp_active_pcbs链表上。接下来，以查找到的tcp_pcb结构为参数，调用TCP状态机函数tcp_process处理输入数据段。在讲解tcp_process函数之前，先来看看这个状态机函数要用到的一些重要的全局变量，这些变量是在tcp_input函数中，通过接收数据段的各个字段的值进行设置的。全局变量tcphdr指向收到的数据段的TCP头部；全局变量seqno记录了TCP头部中的数据序号字段；全局变量ackno存储确认序号字段；全局变量flags表示TCP首部中的各个标志字段；全局变量tcplen表示数据报中数据的长度，对于SYN包和FIN包，该长度为1；全局变量inseg用于描述收到的数据内容，它是tcp_seg类型的，tcp_seg这个结构体后面再讲；全局变量recv_flags用来标识tcp_process函数对数据段的处理结果，初始化为 0。

tcp_process函数首先判断该数据段是不是一个复位数据段，若是则进行相应的处理，这里先跳过这小部分。直接到达tcp_process函数状态机部分，它就是对TCP状态转换图的简单代码诠释。必须要贴一大段代码上来了，这比任何语言更能说清楚问题，注意下面的代码已经被我去掉了相关注释和编译输出部分。

switch (pcb->state) {case SYN_SENT:                                 // 客户端将SYN发送到服务器等待握手包返回if ((flags & TCP_ACK) && (flags & TCP_SYN) // 实际收到ACK和SYN包&& ackno == ntohl(pcb->unacked->tcphdr->seqno) + 1) {pcb->snd_buf++;pcb->rcv_nxt = seqno + 1;pcb->lastack = ackno;pcb->snd_wnd = tcphdr->wnd;pcb->snd_wl1 = seqno - 1;pcb->state = ESTABLISHED;tcp_parseopt(pcb);                     // 处理选项字段#if TCP_CALCULATE_EFF_SEND_MSS         // 根据需要设置有效发送mss字段pcb->mss = tcp_eff_send_mss(pcb->mss, &(pcb->remote_ip));#endifpcb->ssthresh = pcb->mss * 10;         // 由于重新设置了mss字段值，所以要重设ssthresh值pcb->cwnd = ((pcb->cwnd == 1) ? (pcb->mss * 2) : pcb->mss);  // 设置阻塞窗口--pcb->snd_queuelen;                   // 要发送的数据段个数减1？？rseg = pcb->unacked;                   // 取下要被确认的字段pcb->unacked = rseg->next;if(pcb->unacked == NULL)               // 没有字段需要被确认，则停止定时器pcb->rtime = -1;else {                                 // 否则重新开启定时器pcb->rtime = 0;pcb->nrtx = 0;}tcp_seg_free(rseg);                    // 释放已经被确认了的段TCP_EVENT_CONNECTED(pcb, ERR_OK, err);tcp_ack_now(pcb);                      // 返回ACK握手包}else if (flags & TCP_ACK) {                // 仅仅只有ACK而无SYN标志tcp_rst(ackno, seqno + tcplen, &(iphdr->dest), &(iphdr->src),tcphdr->dest, tcphdr->src);            // 不支持半打开状态，所以返回一个复位包}break;case SYN_RCVD:                                 // 服务器端发送出SYN+ACK后便处于该状态if (flags & TCP_ACK &&                     // 在SYN_RCVD状态接收到ACK返回包!(flags & TCP_RST)) {                      // 判断ACK序号是否合法if (TCP_SEQ_BETWEEN(ackno, pcb->lastack+1, pcb->snd_nxt)) {u16_t old_cwnd;pcb->state = ESTABLISHED;          // 进入ESTABLISHED状态old_cwnd = pcb->cwnd;              // 保存旧的阻塞窗口accepted_inseq = tcp_receive(pcb); // 若包含数据则接收数据段pcb->cwnd = ((old_cwnd == 1) ? (pcb->mss * 2) : pcb->mss);//重新设置阻塞窗口if ((flags & TCP_FIN) && accepted_inseq) { // 如果ACK包同时含有FIN位且tcp_ack_now(pcb);              // 已经接收完了最后的数据，则响应FINpcb->state = CLOSE_WAIT;       // 进入CLOSE_WAIT状态}}else {                                 // 不合法的ACK序号则返回一个复位包tcp_rst(ackno, seqno + tcplen, &(iphdr->dest), &(iphdr->src),tcphdr->dest, tcphdr->src);}}break;case CLOSE_WAIT:                              // 服务器，TCP处于半打开状态，在该方向上不会再接收到数据包// 服务器在此状态下会一直等待上层应用执行关闭命令tcp_close，并将状态变为LAST_ACKcase ESTABLISHED://稳定状态，客户端会一直保持稳定状态直到上层应用调用tcp_close函数关闭连接，将状态变为FIN_WAIT_1accepted_inseq = tcp_receive(pcb);        // 直接接收数据if ((flags & TCP_FIN) && accepted_inseq) {// 同时数据包有FIN标志，且接收到了最后tcp_ack_now(pcb);     的数据，则响应FINpcb->state = CLOSE_WAIT;              // 进入CLOSE_WAIT状态}break;case FIN_WAIT_1:                              // 客户端独有的状态tcp_receive(pcb);                         // 还可以接收来自服务器的数据if (flags & TCP_FIN) {                    // 如果收到FIN包if (flags & TCP_ACK && ackno == pcb->snd_nxt) {//且还有ACK，则进入TIME_WAITtcp_ack_now(pcb);                 // 发ACKtcp_pcb_purge(pcb);               // 清除该连接中的所有现存数据TCP_RMV(&tcp_active_pcbs, pcb);   // 从tcp_active_pcbs链表中删除pcb->state = TIME_WAIT;           // 置为TIME_WAIT状态TCP_REG(&tcp_tw_pcbs, pcb);       // 加入tcp_tw_pcbs链表} else {                              // 无ACK，则表示两端同时关闭的情况发生tcp_ack_now(pcb);                 // 发送ACKpcb->state = CLOSING;             // 进入CLOSING状态}} else if (flags & TCP_ACK && ackno == pcb->snd_nxt) {//不是FIN包，而是有效ACKpcb->state = FIN_WAIT_2;              // 则进入FIN_WAIT_2状态}break;case FIN_WAIT_2:                              // 客户端在该状态等待服务器返回的FINtcp_receive(pcb);                         // 还可以接收来自服务器的数据if (flags & TCP_FIN) {                    // 如果收到FIN包tcp_ack_now(pcb);                     // 发ACKtcp_pcb_purge(pcb);                   // 清除该连接中的所有现存数据TCP_RMV(&tcp_active_pcbs, pcb);       // 从tcp_active_pcbs链表中删除pcb->state = TIME_WAIT;               // 置为TIME_WAIT状态TCP_REG(&tcp_tw_pcbs, pcb);           // 加入tcp_tw_pcbs链表}break;case CLOSING:                                 // 进入了同时关闭的状态，这种情况极少出现tcp_receive(pcb);                         // 还可以接收对方的数据if (flags & TCP_ACK && ackno == pcb->snd_nxt) { //若是有效ACKtcp_ack_now(pcb);                     // 与上面类似的操作，不解释了tcp_pcb_purge(pcb);TCP_RMV(&tcp_active_pcbs, pcb);pcb->state = TIME_WAIT;TCP_REG(&tcp_tw_pcbs, pcb);}break;case LAST_ACK:                                // 服务器端(被动关闭端)能出现该状态tcp_receive(pcb);                         // 还可以接收对方的数据if (flags & TCP_ACK && ackno == pcb->snd_nxt) {//接收到有效ACKrecv_flags = TF_CLOSED;               // 全局变量recv_flags用于标识该数据段进行了哪些处理}                                         // 以便tcp_input的后续处理，此时并没有把pcb->state的状态设置为CLOSED状态break;default:break;
}

这就是TCP状态机的大致流程图，如果对照着TCP状态转换图来看，你会觉得它是如此的简单。不过还有很多搞不清楚的地方，比如控制块中各个字段的值特别是阻塞窗口和发送接收窗口等的值，它们代表了什么意义，为什么要如此设置，等等。

注意TCP状态转换图中的双方同时打开的情况，即从LISTEN状态到SYN_SENT状态，SYN_SENT状态到SYN_RCVD状态，没有被实现。许多其他TCP/IP实现，如BSD中也是这样的，没有实现这部分功能。因为在实际应用中这种情况几乎不可见，所以实现并没有严格按照协议来实行。

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