【C/C++】手写 DPDK 协议栈（六）：TCP 三次握手、状态机与数据回显

[手写 DPDK 协议栈（六）：TCP 三次握手、状态机与数据回显](#手写 DPDK 协议栈（六）：TCP 三次握手、状态机与数据回显)
- [1. 状态机是 TCP 的核心](#1. 状态机是 TCP 的核心)
- [2. 三次握手的数字关系](#2. 三次握手的数字关系)
- [3. 建连与数据投递](#3. 建连与数据投递)
- [4. 实验抓包](#4. 实验抓包)
- 小结

手写 DPDK 协议栈（六）：TCP 三次握手、状态机与数据回显

标签：DPDK TCP 状态机 用户态网络栈

tcp/stack.c 与 tcp/socket.c 在 UDP 的 socket/ring 框架上加入 TCP 状态、序列号、确认号与标志位。它的目标是教学型最小 TCP 服务端，而不是完整 RFC 实现。

1. 状态机是 TCP 的核心

text 复制代码

LISTEN --SYN--> SYN_RECEIVED --ACK--> ESTABLISHED
ESTABLISHED --FIN--> CLOSE_WAIT --close--> LAST_ACK --ACK--> CLOSED

课程 socket_block_t 保存 tcp_status、seq_num、ack_num 和 window_size；接收路径按四元组/五元组找到连接，再按状态调用处理函数。

c 复制代码

switch (local->tcp_status) {
case TCP_STATUS_LISTEN:
    tcp_listen_handle(local, ip_hdr); break;
case TCP_STATUS_SYN_RECEIVED:
    tcp_syn_received_handle(local, ip_hdr); break;
case TCP_STATUS_ESTABLISHED:
    tcp_established_handle(local, ip_hdr); break;
case TCP_STATUS_LAST_ACK:
    tcp_last_ack_handle(local, ip_hdr); break;
default:
    break;
}

2. 三次握手的数字关系

text 复制代码

Client                  Server
SYN, seq=x             ->  LISTEN
             <- SYN+ACK, seq=y, ack=x+1
ACK, seq=x+1, ack=y+1  ->  ESTABLISHED

SYN 和 FIN 各消耗一个序列号；纯 ACK 不消耗序列号。TCP 头长来自 data_off 高 4 位再乘 4，应用数据长度为 IP 总长减去 IP 头与 TCP 头长度。

3. 建连与数据投递

收到 LISTEN socket 的 SYN 时，课程代码封装 SYN+ACK 到监听 socket 的 out ring，同时按对端地址创建一个新 socket_block_t，状态置为 SYN_RECEIVED。第三次 ACK 到达后改为 ESTABLISHED。

c 复制代码

if (tcphdr->tcp_flags & RTE_TCP_PSH_FLAG) {
    uint16_t hdr_len = (tcphdr->data_off >> 4) * 4;
    uint16_t payload_len = ntohs(ip_hdr->total_length)
        - sizeof(struct rte_ipv4_hdr) - hdr_len;
    local->ack_num = ntohl(tcphdr->sent_seq) + payload_len;
    /* 一个 ACK 入 out ring；携带 payload 的副本入 in ring */
}

数据到达时先排队 ACK，再将 payload 投递给应用，能让"确认网络数据"和"业务处理"解耦。

4. 实验抓包

这个版本适合作为 TCP 状态机起点，但尚未覆盖重传定时器、滑动窗口、乱序重组、拥塞控制、TIME_WAIT 管理、RST、MSS/窗口缩放协商和完整校验。任何外网服务都不能直接使用该简化实现。

小结

手写 TCP 最有价值的部分不在"拼出一个 SYN+ACK"，而在于把每个输入报文映射为明确状态转移、序列号更新和应用可见事件。下一篇把单循环拆成三层，解决协议栈逐步复杂后的耦合问题。