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㈡ 暢談linux下TCP（上）

tcp 協議 是互聯網中最常用的協議 ， 開發人員基本上天天和它打交道，對它進行深入了解。 可以幫助我們排查定位bug和進行程序優化。下面我將就TCP幾個點做深入的探討

客戶端：收到 ack 後 分配連接資源。 發送數據
伺服器 : 收到 syn 後立即 分配連接資源

客戶端：收到ACK， 立即分配資源
伺服器：收到ACK， 立即分配資源

既然三次握手也不是100%可靠， 那四次，五次，六次。。。呢? 其實都一樣，不管多少次都有丟包問題。

client 只發送一個 SYN， server 分配一個tcb， 放入syn隊列中。 這時候連接叫 半連接 狀態；如果server 收不到 client 的ACK， 會不停重試 發送 ACK-SYN 給client 。重試間隔 為 2 的 N 次方 疊加（2^0 , 2^1, 2^2 ....）；直至超時才釋放syn隊列中的這個 TCB;
在半連接狀態下， 一方面會佔用隊列配額資源，另一方面佔用內存資源。我們應該讓半連接狀態存在時間盡可能的小

當client 向一個未打開的埠發起連接請求時，會收到一個RST回復包

當listen 的 backlog 和 somaxconn 都設置了得時候， 取兩者min值

Recv-Q 是accept 隊列當前個數， Send-Q 設置最大值

這種SYN洪水攻擊是一種常見攻擊方式，就是利用半連接隊列特性，占滿syn 隊列的 資源，導致 client無法連接上。
解決方案:

為什麼不像握手那樣合並成三次揮手? 因為和剛開始連接情況，連接是大家都從0開始， 關閉時有歷史包袱的。server(被動關閉方) 收到 client(主動關閉方) 的關閉請求FIN包。 這時候可能還有未發送完的數據，不能丟棄。 所以需要分開。事實可能是這樣

當然，在沒有待發數據，並且允許 Delay ACK 情況下， FIN-ACK合並還是非常常見的事情，這是三次揮手是可以的。

同上

CLOSE_WAIT 是被動關閉方才有的狀態 。

被動關閉方 [收到 FIN 包 發送 ACK 應答] 到 [發送FIN， 收到ACK ] 期間的狀態為 CLOSE_WAIT， 這個狀態仍然能發送數據。 我們叫做 半關閉 , 下面用個例子來分析:

這個是我實際生產環境碰到的一個問題，長連接會話場景，server端收到client的rpc call 請求1，處理發現請求包有問題，就強制關閉結束這次會話， 但是 因為client 發送 第二次請求之前，並沒有去調用recv，所以並不知道 這個連接被server關閉， 繼續發送 請求2 ， 此時是半連接，能夠成功發送到對端機器，但是recv結果後，遇到連接已經關閉錯誤。

如果 client 和 server 恰好同時發起關閉連接。這種情況下，兩邊都是主動連接，都會進入 TIME_WAIT狀態

1、 被動關閉方在LAST_ACK狀態(已經發送FIN)，等待主動關閉方的ACK應答，但是 ACK丟掉， 主動方並不知道，以為成功關閉。因為沒有TIME_WAIT等待時間，可以立即創建新的連接， 新的連接發送SYN到前面那個未關閉的被動方，被動方認為是收到錯誤指令，會發送RST。導致創建連接失敗。

2、 主動關閉方斷開連接，如果沒有TIME_WAIT等待時間，可以馬上建立一個新的連接，但是前一個已經斷開連接的，延遲到達的數據包。 被新建的連接接收，如果剛好seq 和 ack欄位 都正確, seq在滑動窗口范圍內(只能說機率非常小，但是還是有可能會發生)，會被當成正確數據包接收，導致數據串包。 如果不在window范圍內，則沒有影響( 發送一個確認報文（ack 欄位為期望ack的序列號，seq為當前發送序列號），狀態變保持原樣)

TIME_WAIT 問題比較比較常見，特別是CGI機器，並發量高，大量連接後段服務的tcp短連接。因此也衍生出了多種手段解決。雖然每種方法解決不是那麼完美，但是帶來的好處一般多於壞處。還是在日常工作中會使用。
1、改短TIME_WAIT 等待時間

這個是第一個想到的解決辦法，既然等待時間太長，就改成時間短，快速回收埠。但是實際情況往往不樂觀，對於並發的機器，你改多短才能保證回收速度呢，有時候幾秒鍾就幾萬個連接。太短的話，就會有前面兩種問題小概率發生。

2、禁止Socket lingering

這種情況下關閉連接，會直接拋棄緩沖區中待發送的數據，會發送一個RST給對端，相當於直接拋棄TIME_WAIT， 進入CLOSE狀態。同樣因為取消了 TIME_WAIT 狀態，會有前面兩種問題小概率發生。

3、tcp_tw_reuse
net.ipv4.tcp_tw_reuse選項是 從 TIME_WAIT 狀態的隊列中，選取條件：1、remote 的 ip 和埠相同， 2、選取一個時間戳小於當前時間戳； 用來解決埠不足的尷尬。

現在埠可以復用了，看看如何面對前面TIME_WAIT 那兩種問題。 我們仔細回顧用一下前面兩種問題。 都是在新建連接中收到老連接的包導致的問題 ， 那麼如果我能在新連接中識別出此包為非法包，是不是就可以丟掉這些無用包，解決問題呢。

需要實現這些功能，需要擴展一下tcp 包頭。 增加 時間戳欄位。 發送者 在每次發送的時候。 在tcp包頭裡面帶上發送時候的時間戳。 當接收者接收的時候，在ACK應答中除了TCP包頭中帶自己此時發送的時間戳，並且把收到的時間戳附加在後面。也就是說ACK包中有兩個時間戳欄位。結構如下:

那我們接下來一個個分析tcp_tw_reuse是如何解決TIME_WAIT的兩個問題的

4、tcp_tw_recycle

tcp_tw_recycle 也是藉助 timestamp機制。顧名思義， tcp_tw_reuse 是復用 埠，並不會減少 TIME-WAIT 數量。你去查詢機器上TIME-WAIT 數量，還是 幾千幾萬個，這點對有強迫症的同學感覺很不舒服。tcp_tw_recycle 是 提前 回收 TIME-WAIT資源。會減少 機器上 TIME-WAIT 數量。

tcp_tw_recycle 工作原理是。

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