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Linux TCP 三次握手在内核中的执行过程

舞夢輝影

舞夢輝影

发布时间:2026-01-29 20:32:02

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来源于php中文网

原创

三次握手的入口函数是tcp_v4_conn_request,负责SYN校验与半连接队列管理;tcp_rcv_state_process处理ACK并移入全连接队列;accept()仅消费已建立连接。

linux tcp 三次握手在内核中的执行过程

三次握手的入口函数是 tcp_v4_conn_request

当 SYN 报文到达,且 socket 处于 LISTEN 状态时,内核会调用 tcp_v4_conn_request(IPv4 场景)启动握手流程。这个函数不直接发送 SYN+ACK,而是先做合法性校验:检查源端口非 0、SYN 标志位是否置位、是否超过半连接队列上限(net.ipv4.tcp_max_syn_backlog)、是否触发 syncookie 机制等。

常见错误现象包括:客户端收不到 SYN+ACK,但服务端 netstat -s | grep "SYNs to LISTEN sockets" 计数持续增长——这往往说明半连接队列已满,后续 SYN 被丢弃,而非进入队列。

  • 若启用了 syncookie(net.ipv4.tcp_syncookies = 1),即使队列满,也会动态生成 cookie 并发回 SYN+ACK,避免丢包;但此时不分配 struct sock,直到收到第三次 ACK 才真正创建连接
  • 未启用 syncookie 时,队列满会导致 TCPDropReq 计数上升,且不会给客户端任何响应
  • tcp_v4_conn_request 返回 0 表示成功入队(或 syncookie 发送成功),返回负值则直接丢包

tcp_rcv_state_process 处理 SYN+ACK 和 ACK

客户端收到 SYN+ACK 后发送 ACK,服务端在 tcp_rcv_state_process 中处理该报文。此时连接仍处于 TCP_SYN_RECV 状态,该函数会检查 ACK 序号是否匹配(即是否等于自己发出去的 ISN + 1),并验证时间戳、SACK 等选项。

关键点在于:只有通过所有校验,内核才会将连接从半连接队列(inet_ehash_bucket 中的 syn_table)移到全连接队列(sk->sk_receive_queue 对应的 accept 队列),并将 socket 状态改为 TCP_ESTABLISHED

  • 若 ACK 序号错误或时间戳校验失败(如 net.ipv4.tcp_timestamps = 1 且对端时间戳回绕异常),该 ACK 会被静默丢弃,连接卡在 TCP_SYN_RECV
  • 全连接队列长度由 listen()backlog 参数和 net.core.somaxconn 共同限制,超限后新 ACK 不入队,也不发 RST
  • 客户端若迟迟没发 ACK(比如网络延迟或丢包),服务端靠 tcp_synack_retries 控制重传次数,默认 5 次,对应约 3 分钟后超时释放临时结构

accept() 系统调用只从全连接队列取 sock,不参与握手

accept() 是用户态行为,它不触发、不等待、也不校验三次握手过程。它只是从内核维护的全连接队列中取出一个已处于 TCP_ESTABLISHED 状态的 struct sock,复制一份给用户进程,并返回新的 fd。

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所以即使握手已完成,只要全连接队列为空(比如服务端处理太慢、accept() 调用不及时),新连接就一直卡在队列里,表现为客户端 connect() 已返回但服务端还没调用 accept() —— 此时连接状态在服务端是 ESTABLISHED,但尚未被应用感知。

  • 可通过 ss -lnt 查看 Recv-Q 列:非 0 表示全连接队列有积压
  • Recv-Q 持续 > 0,说明应用 accept 速度跟不上连接建立速度,可能需优化事件循环或增加 worker 数量
  • 注意:netstat -s 中的 "times the listen queue of a socket overflowed" 计数上升,说明曾有连接因全连接队列满而被丢弃(此时内核会发 RST 给客户端)

抓包看到 SYN+ACK 但连接不成立?重点查半连接队列和 cookie 状态

Wireshark 显示服务端发了 SYN+ACK,但客户端 connect() 失败或超时,大概率不是网络问题,而是服务端没收到第三次 ACK 或拒绝了它。这时不能只盯发送路径,要结合内核参数和统计确认实际执行分支。

  • 运行 cat /proc/net/netstat | grep -i "Syncookies":若 SyncookiesSent 值增长,说明走的是 syncookie 路径,此时第三次 ACK 必须携带正确 cookie,否则被丢弃且无日志
  • 检查 net.ipv4.tcp_abort_on_overflow = 0(默认值):为 0 时,全连接队列满只会丢 ACK;设为 1 则对新 ACK 直接发 RST,客户端立刻报 Connection refused
  • tcpdump -nni any 'tcp[tcpflags] & (tcp-syn|tcp-ack) == tcp-syn' and port XXX 对比服务端收包和发包时间差,可判断是否在 tcp_v4_conn_request 阶段就被过滤

整个握手过程没有“原子性”保障:每个报文都可能被中间设备丢弃、被防火墙拦截、或在内核不同阶段因参数/资源限制被静默丢弃。最易被忽略的是半连接队列与全连接队列的双重限制,以及 syncookie 开启后对第三次 ACK 的强校验逻辑。

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