CN105791239A - 一种tcp中间人处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种TCP中间人处理方法，包括：发送端与接收端之间建立TCP连接；所述TCP中间人截取并转发发送端和接收端的TCP握手报文，协调发送端和接收端，在发送端和接收端之间建立TCP连接并维持这一TCP连接；发送端向接收端发送TCP数据包；所述TCP中间人截取TCP数据包，剥离数据包MAC头和IP头，提交TCP数据包给其内部的TCP处理模块进行处理、修改，然后TCP中间人为处理后的数据包重新封装IP头和MAC头，重新计算校验和后转发给接收端；接收端接收TCP数据包，并向发送端发送响应数据。
Description
技术领域
本发明涉及计算机网络和数据传输领域，特别涉及一种TCP中间人处理方法。
背景技术
随着信息技术和网络互联技术的发展，网络与信息安全问题日益突出。应用网关、应用级代理以及数据采集分析设备在HTTP代理、HTTP缓存、基于应用的负载均衡、深度内容检测、网关病毒过滤、数据采集审计等领域扮演者越来越重要的网络服务角色。应用网关、应用级代理以及数据采集分析设备通常采用透明代理技术，在客户端和服务器之间充当中间人的角色，接收流经的TCP数据包并重定向到内核层的本地网络协议栈中，由协议栈对数据包进行协议解析处理和TCP重组，提取出应用数据，然后通过套接字将应用层数据从内核层拷贝到用户层，传递给业务程序进行各种处理(如病毒检测、关键词过滤)和修改(替换、删除)；处理后，业务程序再将数据通过套接字从用户层拷贝到内核层，交给本地网络协议栈，并通知协议栈采用重定向前原始数据包的目的IP地址和目的端口重新构建数据包并进行协议封装，然后发送出去。
现有的TCP中间人处理方法都是工作在正常TCP/IP协议栈模式下，中间人分别与客户端和服务端建立两个socket连接，透明的进行数据的双向传递，作为一个中间人监听两端的交互报文，并协助客户端和服务端完成网络通信。传统方法保持了对现有网络的兼容性，可以在应用层实现负责的协议处理；缺点是会对两端的正常交互造成影响，吞吐量小，通信时延长，性能降低。原因是对于每一个报文都存在多次的拷贝和用户态到内核态的切换，消耗了大量的资源，增加了通信延迟。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的现有的TCP中间人处理方法吞吐量小、通信时延长、性能低的缺陷，从而提供一种吞吐量大、时延小、高性能的TCP中间人处理方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种TCP中间人处理方法，包括：
步骤1)、发送端与接收端之间建立TCP连接；
所述TCP中间人截取并转发发送端和接收端的TCP握手报文，协调发送端和接收端，在发送端和接收端之间建立TCP连接并维持这一TCP连接；
步骤2)、发送端向接收端发送TCP数据包；
所述TCP中间人截取TCP数据包，剥离数据包MAC头和IP头，提交TCP数据包给其内部的TCP处理模块进行处理、修改，然后TCP中间人为处理后的数据包重新封装IP头和MAC头，重新计算校验和后转发给接收端；
步骤3)、接收端接收TCP数据包，并向发送端发送响应数据。
上述技术方案中，所述步骤101)进一步包括：
步骤1-1)、发送端向接收端发送SYN报文，请求建立TCP连接；
步骤1-2)、TCP中间人截取发送端的SYN报文，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，TCP处理模块缓存此SYN报文，并按照二层数据包的封装格式为此SYN报文填充原有的IP头和MAC头，重新计算数据包的校验和；
步骤1-3)、TCP中间人代替发送端向接收端转发此SYN报文；
步骤1-4)、接收端接收到TCP中间人转发的一次握手SYN报文，回复二次握手SYN/ACK报文给发送端；
步骤1-5)、TCP中间人截取到接收端的二次握手SYN/ACK报文，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，TCP处理模块缓存此SYN/ACK报文，并按照二层数据包的封装格式为此SYN/ACK报文填充原有的IP头和MAC头，重新计算数据包的校验和；
步骤1-6)、TCP中间人代替接收端向发送端转发此二次握手SYN/ACK报文；
步骤1-7)、发送端接收到TCP中间人转发的二次握手SYN/ACK报文，成功建立TCP连接；
步骤1-8)、发送端向接收端回复三次握手ACK报文；
步骤1-9)、TCP中间人截取到发送端的三次握手ACK报文，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，TCP处理模块缓存此ACK报文，并按照二层数据包的封装格式为此ACK报文填充原有的IP头和MAC头，重新计算数据包的校验和；
步骤1-10)、TCP中间人代替发送端向接收端转发此ACK报文；
步骤1-11)、接收端接收到TCP中间人转发的三次握手ACK报文，接收端成功建立TCP连接。
上述技术方案中，所述步骤2)进一步包括：
步骤2-1)、发送端通过TCP连接向接收端发送应用数据；
步骤2-2)、TCP中间人截取发送端的数据包，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块并缓存；
步骤2-3)、TCP中间人代替接收端向发送端回复ACK响应，此ACK报文的源IP和MAC是接收端，目的IP和MAC是发送端；
步骤2-4)、TCP中间人对数据包进行修改处理，并代替发送端向接收端转发修改后的数据包。
上述技术方案中，所述步骤3)进一步包括：
步骤4-1)、接收端接收到TCP中间人转发的数据包，向发送端回复ACK响应；
步骤4-2)、TCP中间人截取到接收端回复的ACK响应，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，删除缓存中被ACK确认的数据包。
本发明的优点在于：
在本发明的TCP中间人处理方法中，TCP中间人置于两个网络节点之间，对流经的TCP数据包进行接收、转发处理，保持了两端正常的TCP连接，本发明对TCP数据包的修改对发送端和接收端来说是透明的，不影响发送端和接收端的正常交互；并且通过TCP处理模块的缓存、丢包重传、定时器超时重传、滑动窗口、拥塞控制等机制，实现TCP数据包的可靠传输。
附图说明
图1是本发明的TCP中间人处理方法的流程图；
图2是本发明的TCP中间人处理方法中建立TCP连接的流程图；
图3是本发明的TCP中间人处理方法中传输应用数据的流程图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
应用网关、应用级代理以及数据采集分析等网络设备通常并不是普通的X86服务器架构，大多是嵌入式的网络处理器架构，而且这些设备的系统一般并不是完备的操作系统，而是简单的实时操作系统。嵌入式网络处理器特点是处理网络数据包的能力比较高，但是CPU运算能力相对较弱。TCP中间人最主要的功能是把流经的TCP数据包截获、处理、转发，因此可针对嵌入式网络处理器和实时简单操作系统的特征，有选择地对TCPIP协议栈进行裁剪修改，减少不必要的数据拷贝和进程切换。
下面对本发明的TCP中间人处理方法进行说明。
本发明中所述的TCP中间人置于两个网络节点之间(这两个网络节点既可以是发送端，也可以是接收端)，它能够对流经的TCP数据包进行接收、修改、转发处理，并保持正常的TCP连接。所述TCP中间人包括有TCP处理模块，该模块基于TCP协议的原理，实现了接收确认、丢包重传、定时器超时重传、滑动窗口、拥塞控制、慢启动、快速恢复等机制。
参考图1，本发明的TCP中间人处理方法包括：
步骤101)、发送端与接收端之间建立TCP连接；
本步骤中，TCP中间人并不分别与发送端和接收端各建立两个完整的TCP连接，而是截取并转发发送端和接收端的TCP握手报文，协调发送端和接收端，在发送端和接收端之间建立TCP连接并维持这一TCP连接；
步骤102)、发送端向接收端发送TCP数据包；
本步骤中，TCP中间人截取TCP数据包，剥离数据包MAC头和IP头，提交TCP数据包给TCP处理模块进行处理、修改，然后TCP中间人为处理后的数据包重新封装IP头和MAC头，重新计算校验和后转发给接收端；
步骤103)、接收端接收TCP数据包，并向发送端发送响应数据。
参考图2，步骤101)中所涉及的发送端与接收端之间建立TCP连接的进一步包括如下步骤：
201)发送端向接收端发送SYN报文，请求建立TCP连接；
202)TCP中间人截取发送端的SYN报文，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，TCP处理模块缓存此SYN报文，并按照二层数据包的封装格式为此SYN报文填充原有的IP头和MAC头，重新计算数据包的校验和；
203)TCP中间人代替发送端向接收端转发此SYN报文；
204)接收端接收到TCP中间人转发的一次握手SYN报文，回复二次握手SYN/ACK报文给发送端；
205)TCP中间人截取到接收端的二次握手SYN/ACK报文，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，TCP处理模块缓存此SYN/ACK报文，并按照二层数据包的封装格式为此SYN/ACK报文填充原有的IP头和MAC头，重新计算数据包的校验和；
206)TCP中间人代替接收端向发送端转发此二次握手SYN/ACK报文；
207)发送端接收到TCP中间人转发的二次握手SYN/ACK报文，成功建立TCP连接；
208)发送端向接收端回复三次握手ACK报文；
209)TCP中间人截取到发送端的三次握手ACK报文，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，TCP处理模块缓存此ACK报文，并按照二层数据包的封装格式为此ACK报文填充原有的IP头和MAC头，重新计算数据包的校验和；
210)TCP中间人代替发送端向接收端转发此ACK报文；
211)接收端接收到TCP中间人转发的三次握手ACK报文，接收端成功建立TCP连接。
进一步地，通过TCP中间人的协调，发送端和接收端建立TCP连接后，传输数据的过程如图3所示，包括如下步骤：
301)发送端通过TCP连接向接收端发送应用数据；
302)TCP中间人截取发送端的数据包，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块并缓存；
303)TCP中间人代替接收端向发送端回复ACK响应，此ACK报文的源IP和MAC是接收端，目的IP和MAC是发送端；
304)TCP中间人对数据包进行修改处理，并代替发送端向接收端转发修改后的数据包；
305)接收端接收到TCP中间人转发的数据包，向发送端回复ACK响应；
306)TCP中间人截取到接收端回复的ACK响应，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，删除缓存中被ACK确认的数据包，至此完成一次成功的数据传输。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种TCP中间人处理方法，包括：
步骤1)、发送端与接收端之间建立TCP连接；
所述TCP中间人截取并转发发送端和接收端的TCP握手报文，协调发送端和接收端，在发送端和接收端之间建立TCP连接并维持这一TCP连接；
步骤2)、发送端向接收端发送TCP数据包；
所述TCP中间人截取TCP数据包，剥离数据包MAC头和IP头，提交TCP数据包给其内部的TCP处理模块进行处理、修改，然后TCP中间人为处理后的数据包重新封装IP头和MAC头，重新计算校验和后转发给接收端；
步骤3)、接收端接收TCP数据包，并向发送端发送响应数据。
2.根据权利要求1所述的TCP中间人处理方法，其特征在于，所述步骤101)进一步包括：
步骤1-1)、发送端向接收端发送SYN报文，请求建立TCP连接；
步骤1-2)、TCP中间人截取发送端的SYN报文，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，TCP处理模块缓存此SYN报文，并按照二层数据包的封装格式为此SYN报文填充原有的IP头和MAC头，重新计算数据包的校验和；
步骤1-3)、TCP中间人代替发送端向接收端转发此SYN报文；
步骤1-4)、接收端接收到TCP中间人转发的一次握手SYN报文，回复二次握手SYN/ACK报文给发送端；
步骤1-5)、TCP中间人截取到接收端的二次握手SYN/ACK报文，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，TCP处理模块缓存此SYN/ACK报文，并按照二层数据包的封装格式为此SYN/ACK报文填充原有的IP头和MAC头，重新计算数据包的校验和；
步骤1-6)、TCP中间人代替接收端向发送端转发此二次握手SYN/ACK报文；
步骤1-7)、发送端接收到TCP中间人转发的二次握手SYN/ACK报文，成功建立TCP连接；
步骤1-8)、发送端向接收端回复三次握手ACK报文；
步骤1-9)、TCP中间人截取到发送端的三次握手ACK报文，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，TCP处理模块缓存此ACK报文，并按照二层数据包的封装格式为此ACK报文填充原有的IP头和MAC头，重新计算数据包的校验和；
步骤1-10)、TCP中间人代替发送端向接收端转发此ACK报文；
步骤1-11)、接收端接收到TCP中间人转发的三次握手ACK报文，接收端成功建立TCP连接。
3.根据权利要求1所述的TCP中间人处理方法，其特征在于，所述步骤2)进一步包括：
步骤2-1)、发送端通过TCP连接向接收端发送应用数据；
步骤2-2)、TCP中间人截取发送端的数据包，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块并缓存；
步骤2-3)、TCP中间人代替接收端向发送端回复ACK响应，此ACK报文的源IP和MAC是接收端，目的IP和MAC是发送端；
步骤2-4)、TCP中间人对数据包进行修改处理，并代替发送端向接收端转发修改后的数据包。
4.根据权利要求1所述的TCP中间人处理方法，其特征在于，所述步骤3)进一步包括：
步骤4-1)、接收端接收到TCP中间人转发的数据包，向发送端回复ACK响应；
步骤4-2)、TCP中间人截取到接收端回复的ACK响应，去掉并缓存MAC头和IP头，提交给TCP处理模块，删除缓存中被ACK确认的数据包。
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