tcp序列号回绕与解决

2530阅读 0评论2016-06-30 zhanglin496
分类:LINUX

问题描述
tcp协议头中有seq和ack_seq两个字段,分别代表序列号和确认号。tcp协议通过序列号标识发送的报文段。seq的类型是__u32,当超过__u32的最大值时,会回绕到0。

一个tcp流的初始序列号(ISN)并不是从0开始的,而是采用一定的随机算法产生的,因此ISN可能很大(比如(2^32-10)),因此同一个tcp流的seq号可能会回绕到0。而我们tcp对于丢包和乱序等问题的判断都是依赖于序列号大小比较的。此时就出现了所谓的tcp序列号回绕(sequence wraparound)问题。

内核解决办法
内核中给出的序列号(解决序列号回绕问题)判断解决方案十分简洁:

点击(此处)折叠或打开

  1. /*
  2. * The next routines deal with comparing 32 bit unsigned ints
  3. * and worry about wraparound (automatic with unsigned arithmetic).
  4. */
  5. static inline int before(__u32 seq1, __u32 seq2)
  6. {
  7. return (__s32)(seq1-seq2) < 0;
  8. }
  9. #define after(seq2, seq1) before(seq1, seq2)

原理
为什么(__s32)(seq1-seq2)<0就可以判断seq1

为了方便说明,我们以unsigned char和char为例来说明:
假设seq1=255, seq2=1(发生了回绕)。
seq1 = 1111 1111 seq2 = 0000 0001
我们希望比较结果是seq1

 seq1 - seq2=
 1111 1111
-0000 0001
-----------
 1111 1110

由于我们将结果转化成了有符号数,由于最高位是1,因此结果是一个负数,负数的绝对值为
 0000 0001 + 1 = 0000 0010 = 2

因此seq1 - seq2 < 0

注意:
如果seq2=128的话,我们会发现:
 seq1 - seq2=
 1111 1111
-1000 0000
-----------
 0111 1111

此时结果尤为正了,判断的结果是seq1>seq2。因此,上述算法正确的前提是,回绕后的增量小于2^(n-1)-1。

由于tcp序列号用的32位无符号数,因此可以支持的回绕幅度是2^31-1,满足要求了。