Linux 内核网络协议栈 ------ tcp重传数据包 tcp_xmit_retransmit_skb
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时间：2015年06月20日
当知道需要重传数据结的时候执行这个函数：
对于函数tcp_xmit_retransmit_queue：需要重传哪些包呢到底？
首先是lost、标记的包；
然后还需要处理：之前发送过的但是尚未收到确认的包（向前重传），或者新数据，在这两者之间有一个选择
/* This gets called after a retransmit timeout, and the initially
* retransmitted data is acknowledged. It tries to continue
* resending the rest of the retransmit queue, until either
* we‘ve sent it all or the congestion window limit is reached.
* If doing SACK, the first ACK which comes back for a timeout
* based retransmit packet might feed us FACK information again.
* If so, we use it to avoid unnecessarily retransmissions.
*/
void tcp_xmit_retransmit_queue(struct sock *sk)
{
const struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
struct sk_buff *skb;
int packet_cnt;
if (tp->retransmit_skb_hint) { // 如果有重传信息
skb = tp->retransmit_skb_hint;
packet_cnt = tp->retransmit_cnt_hint; // 保存cnt值
} else {
skb = tcp_write_queue_head(sk); // 发送队列
packet_cnt = 0;
}
// 第一步，如果有丢失的包，那么需要重传
/* First pass: retransmit lost packets. */
if (tp->lost_out) { // lost_out > 0
tcp_for_write_queue_from(skb, sk) { // 遍历
__u8 sacked = TCP_SKB_CB(skb)->sacked; // 获得sacked标识
if (skb == tcp_send_head(sk))
break;
/* we could do better than to assign each time */
tp->retransmit_skb_hint = skb; // 更新两个值
tp->retransmit_cnt_hint = packet_cnt;
/* Assume this retransmit will generate
* only one packet for congestion window
* calculation purposes. This works because
* tcp_retransmit_skb() will chop up the
* packet to be MSS sized and all the
* packet counting works out.
*/
if (tcp_packets_in_flight(tp) >= tp->snd_cwnd) // 如果传输中的报文数量 > 窗口数量，那么没有必要再发送数据
return;
if (sacked & TCPCB_LOST) { // 如果是LOST标识
if (!(sacked & (TCPCB_SACKED_ACKED|TCPCB_SACKED_RETRANS))) { // 如果丢失了 && 没有被选择确认或者重传
if (tcp_retransmit_skb(sk, skb)) { // 重传该数据函数！！！最后再看（1）
tp->retransmit_skb_hint = NULL; // 重传之后重置这个值
return; // 返回
}
if (icsk->icsk_ca_state != TCP_CA_Loss)
NET_INC_STATS_BH(LINUX_MIB_TCPFASTRETRANS);
else
NET_INC_STATS_BH(LINUX_MIB_TCPSLOWSTARTRETRANS);
if (skb == tcp_write_queue_head(sk)) // 如果是第一个重传数据，那么重置重传计数器！！！
inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS,
inet_csk(sk)->icsk_rto,
TCP_RTO_MAX);
}
packet_cnt += tcp_skb_pcount(skb); // 重传数量
if (packet_cnt >= tp->lost_out) // 大于lost的数量，那么break；下面就不是lost数据问题了
break;
}
}
}
/* OK, demanded retransmission is finished. */
// 上面的是必须要重传的，下面的在前向重传和发送新数据之间进行选择
/* Forward retransmissions are possible only during Recovery. */
if (icsk->icsk_ca_state != TCP_CA_Recovery) // 只有在恢复状态才可以这样做，在丢失状态不可以；
return; // 原因：在丢失状态希望通过可控制的方式进行重传？这一块不是很懂
/* No forward retransmissions in Reno are possible. */
if (tcp_is_reno(tp)) // 前向选择重传只能是SACK下，reno下是不可能的~
return;
/* Yeah, we have to make difficult choice between forward transmission
* and retransmission... Both ways have their merits...
*
* For now we do not retransmit anything, while we have some new
* segments to send. In the other cases, follow rule 3 for
* NextSeg() specified in RFC3517.
*/ // 下面还是需要选择考虑传输新数据还是前向重传，优先考虑新数据
if (tcp_may_send_now(sk)) // 检查是否有新的数据在等待传输（1）
return; // 以及这些新数据是否可以发送，可以的话返回，不需要做下面事
/* If nothing is SACKed, highest_sack in the loop won‘t be valid */
if (!tp->sacked_out)
return;
// 下面开始就是“前向重传”处理
if (tp->forward_skb_hint) // 是否已经缓存这个队列
skb = tp->forward_skb_hint;
else
skb = tcp_write_queue_head(sk); // 没有
tcp_for_write_queue_from(skb, sk) { // 需要遍历
if (skb == tcp_send_head(sk)) // 到头了
break;
tp->forward_skb_hint = skb;
if (!before(TCP_SKB_CB(skb)->seq, tcp_highest_sack_seq(tp))) // 不可以超过最大的即highest_sack_seq
break;
if (tcp_packets_in_flight(tp) >= tp->snd_cwnd) // 如果传输中的包数量 > 窗口大小
break; // 不能再发了
if (TCP_SKB_CB(skb)->sacked & TCPCB_TAGBITS) // ?
continue;
/* Ok, retransmit it. */
if (tcp_retransmit_skb(sk, skb)) { // 下面就是传输这个包
tp->forward_skb_hint = NULL;
break;
}
if (skb == tcp_write_queue_head(sk)) // 如果是第一个重传的包，那么启动设置定时器
inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS,
inet_csk(sk)->icsk_rto,
TCP_RTO_MAX);
NET_INC_STATS_BH(LINUX_MIB_TCPFORWARDRETRANS);
}
}
因为此处涉及到Nagle算法，所以先简介一下：
Nagle算法：如果发送端欲多次发送包含少量字符的数据包（一般情况下，后面统一称长度小于MSS的数据包为小包，称长度等于MSS的数据包为大包），则发送端会先将第一个小包发送出去，而将后面到达的少量字符数据都缓存起来而不立即发送，直到收到接收端对前一个数据包报文段的ACK确认、或当前字符属于紧急数据，或者积攒到了一定数量的数据（比如缓存的字符数据已经达到数据包报文段的最大长度）等多种情况才将其组成一个较大的数据包发送出去。
int tcp_may_send_now(struct sock *sk)
{
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
struct sk_buff *skb = tcp_send_head(sk); // 获得需要发送的数据头部
return (skb && // 尚有新数据需要传输
tcp_snd_test(sk, skb, tcp_current_mss(sk, 1), // 看下面这个函数：检查是否这些新的数据需要尽快发送出去
(tcp_skb_is_last(sk, skb) ? // 是否是最后一个包
tp->nonagle : TCP_NAGLE_PUSH)));
}
/* This checks if the data bearing packet SKB (usually tcp_send_head(sk))
* should be put on the wire right now. If so, it returns the number of
* packets allowed by the congestion window.
*/
static unsigned int tcp_snd_test(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,
unsigned int cur_mss, int nonagle)
{
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
unsigned int cwnd_quota;
tcp_init_tso_segs(sk, skb, cur_mss); // 看看这个包的tso信息，便于后期和其他包一起处理
if (!tcp_nagle_test(tp, skb, cur_mss, nonagle)) // 使用Nagle测试是不是数据现在就允许被发送，看下面函数（1）
return 0; // 如果不可以就返回了
cwnd_quota = tcp_cwnd_test(tp, skb); // 返回还可以发送几个窗口的数据
if (cwnd_quota && !tcp_snd_wnd_test(tp, skb, cur_mss)) // 如果有窗口数据可以发送 &&
cwnd_quota = 0; // 不可发送，设置=0
return cwnd_quota;
}
/* Return non-zero if the Nagle test allows this packet to be
* sent now.
*/
static inline int tcp_nagle_test(struct tcp_sock *tp, struct sk_buff *skb,
unsigned int cur_mss, int nonagle) // 注意：测试返回1就是说明那个数据包现在允许直接发送出去
{ // 而Nagle对于小包是缓存一起发送的，除了第一个包、最后一个包
/* Nagle rule does not apply to frames, which sit in the middle of the
* write_queue (they have no chances to get new data).
*
* This is implemented in the callers, where they modify the ‘nonagle‘
* argument based upon the location of SKB in the send queue.
*/
if (nonagle & TCP_NAGLE_PUSH) // 设置了这个标识是因为说明可能是第一个包或者第二个包，或者其他一些允许的原因呢
return 1; // Nagle允许直接发送包出去
/* Don‘t use the nagle rule for urgent data (or for the final FIN).
* Nagle can be ignored during F-RTO too (see RFC4138).
*/
if (tp->urg_mode || (tp->frto_counter == 2) || // 注意对于紧急数据来说不可以使用Nagle规则！上面说过Nagle是缓存处理数据，紧急数据不可以！
(TCP_SKB_CB(skb)->flags & TCPCB_FLAG_FIN)) // 注意结束包(FIN)和F-RTO标识包都需要立马发送出去
return 1;
if (!tcp_nagle_check(tp, skb, cur_mss, nonagle)) // 在Nagle算法下，是否允许发送这个包？返回0则允许立刻发送
return 1;
return 0;
}tcp_nagle_check函数：
/* Return 0, if packet can be sent now without violation Nagle‘s rules: Nagle算法允许下面条件的包可以正常发送
* 1. It is full sized. // 大小等于MSS，即缓存满，或者是大包
* 2. Or it contains FIN. (already checked by caller) // 是结束包FIN
* 3. Or TCP_NODELAY was set. // 不允许延迟的包
* 4. Or TCP_CORK is not set, and all sent packets are ACKed. // TCP_CORK没有设置
* With Minshall‘s modification: all sent small packets are ACKed.
*/
static inline int tcp_nagle_check(const struct tcp_sock *tp,
const struct sk_buff *skb,
unsigned mss_now, int nonagle)
{
return (skb->len < mss_now && // 检查在Nagle算法情况下，是不是可以发送这个包
((nonagle & TCP_NAGLE_CORK) || // 满足上面四个条件就OK
(!nonagle && tp->packets_out && tcp_minshall_check(tp))));
}
tcp_cwnd_test函数用于测试在当前的拥塞窗口情况下，最多还可以发送几个新数据
/* Can at least one segment of SKB be sent right now, according to the
* congestion window rules? If so, return how many segments are allowed.
*/
static inline unsigned int tcp_cwnd_test(struct tcp_sock *tp, // 根据当前的拥塞窗口，返回当前还可以发送几个segs
struct sk_buff *skb)
{
u32 in_flight, cwnd;
/* Don‘t be strict about the congestion window for the final FIN. */
if ((TCP_SKB_CB(skb)->flags & TCPCB_FLAG_FIN) && // 如果是最后的FIN包
tcp_skb_pcount(skb) == 1)
return 1; // 返回一个OK
in_flight = tcp_packets_in_flight(tp); // 获得还在传输中的包
cwnd = tp->snd_cwnd; // 获得当前窗口大小
if (in_flight < cwnd) //
return (cwnd - in_flight); // 剩下的部分都是可以发送的
return 0;
}
/* Does at least the first segment of SKB fit into the send window? */
static inline int tcp_snd_wnd_test(struct tcp_sock *tp, struct sk_buff *skb,
unsigned int cur_mss)
{
u32 end_seq = TCP_SKB_CB(skb)->end_seq;
if (skb->len > cur_mss) // skb数据长度比MSS长
end_seq = TCP_SKB_CB(skb)->seq + cur_mss; // 最后一个seq
return !after(end_seq, tcp_wnd_end(tp)); // 最后一个seq是不是在窗口内，不在则不可以发送
}
至于这个具体的传输函数tcp_retransmit_skb，在这篇中可以看到：tcp_retransmit_skb
Linux 内核网络协议栈 ------ tcp重传数据包 tcp_xmit_retransmit_skb,古老的榕树,5-wow.com
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