TCP的三次握手和四次挥手

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TIME_WAIT概述

TIME_WAIT 状态：

  • TCP 连接中，主动关闭连接的一方出现的状态；（收到 FIN 命令，进入 TIME_WAIT 状态，并返回 ACK 命令）
  • 保持 2 个 MSL
    时间，即，4 分钟 ；（MSL 为 2 分钟）

TCP 连接建立后，「主动关闭连接」的一端，收到对方的 FIN 请求后，发送 ACK 响应，会处于 time_wait 状态；

在高并发的场景下，TIME_WAIT 连接存在，属于正常现象。

线上场景中，持续的高并发场景

  • 一部分 TIME_WAIT 连接被回收，但新的 TIME_WAIT 连接产生；
  • 一些极端情况下，会出现大量的 TIME_WAIT 连接。

大量的TIME_WAIT状态TCP连接，有什么业务上的影响

  • TCP 连接中，「主动发起关闭连接」的一端，会进入 time_wait 状态 - time_wait 状态，默认会持续 2 MSL
    （报文的最大生存时间），一般是 2x2 mins - time_wait 状态下，TCP 连接占用的端口，无法被再次使用 - 每一个 time_wait 状态，都会占用一个「本地端口」，上限为 65535
    (16 bit，2 Byte)； - 当大量的连接处于 time_wait
    时，新建立 TCP 连接会出错，address already in use : connect 异常

TCP 本地端口数量，上限为 65535 （6.5w），这是因为 TCP 头部使用 16 bit ，存储「端口号」，因此约束上限为 65535 。

现实场景

  • 服务器端，一般设置：不允许「主动关闭连接」，但 HTTP 请求中，http 头部 connection 参数，可能设置为 close，则，服务端处理完请求会主动关闭 TCP 连接
    。现在浏览器中， HTTP 请求 connection
    参数，一般都设置为 keep-alive - Nginx 反向代理场景中，可能出现大量短链接，服务器端，可能存在

问题分析

大量的TIME_WAIT状态TCP连接存在，其本质原因是什么？

  • 大量短链接存在- 特别是http请求中，如果connection头部取值被设置为close时，基本都由【服务端】发起主动关闭连接，而TCP四次挥手关闭连接机制中，为了保证ACK重发和丢弃延迟数据，设置TIME_WAIT为2倍的MSL（报文存活最大时间）

解决TIME_WAIT的办法

解决上述 time_wait
状态大量存在，导致新连接创建失败的问题，一般解决办法：
1、客户端，HTTP 请求的头部，connection 设置为 keep-alive，保持存活一段时间：现在的浏览器，一般都这么进行了
2、服务器端，

  • 允许 time_wait
    状态的 socket 被重用 - 缩减 time_wait
    时间，设置为 1 MSL
    （即，2 mins）

几个核心问题

TIME_WAIT是「服务器端」的状态？or 「客户端」的状态？

  • RE：time_wait 是「主动关闭 TCP 连接」一方的状态，可能是「客服端」的，也可能是「服务器端」的 - 一般情况下，都是「客户端」所处的状态；「服务器端」一般设置「不主动关闭连接」

服务器在对外服务时，是「客户端」发起的断开连接？还是「服务器」发起的断开连接？

  • 正常情况下，都是「客户端」发起的断开连接 - 「服务器」一般设置为「不主动关闭连接」，服务器通常执行「被动关闭」 - 但 HTTP 请求中，http 头部 connection 参数，可能设置为 close，则，服务端处理完请求会主动关闭 TCP 连接

关于 HTTP 请求中，设置的主动关闭 TCP 连接的机制：TIME_WAIT的是主动断开方才会出现的，所以主动断开方是服务端？

  • 是的。在HTTP1.1协议中，有个 Connection 头，Connection有两个值，close和keep-alive，这个头就相当于客户端告诉服务端，服务端你执行完成请求之后，是关闭连接还是保持连接，保持连接就意味着在保持连接期间，只能由客户端主动断开连接。还有一个keep-alive的头，设置的值就代表了服务端保持连接保持多久。 - HTTP默认的Connection值为close，那么就意味着关闭请求的一方几乎都会是由服务端这边发起的。那么这个服务端产生TIME_WAIT过多的情况就很正常了。 - 虽然HTTP默认Connection值为close，但是，现在的浏览器发送请求的时候一般都会设置Connection为keep-alive了。所以，也有人说，现在没有必要通过调整参数来使TIME_WAIT降低了。

为什么需要time_wait

  • 可靠的实现 TCP 全双工连接的终止：四次挥手关闭 TCP 连接过程中，最后的 ACK 是由「主动关闭连接」的一端发出的，如果这个 ACK 丢失，则，对方会重发 FIN 请求，因此，在「主动关闭连接」的一段，需要维护一个 time_wait 状态，处理对方重发的 FIN 请求； - 处理延迟到达的报文：由于路由器可能抖动，TCP 报文会延迟到达，为了避免「延迟到达的 TCP 报文」被误认为是「新 TCP 连接」的数据，则，需要在允许新创建 TCP 连接之前，保持一个不可用的状态，等待所有延迟报文的消失，一般设置为 2 倍的 MSL（报文的最大生存时间），解决「延迟达到的 TCP 报文」问题；

--完--