畅谈linux下TCP（上）

Posted 2023-04-16

参考技术A

tcp 协议 是互联网中最常用的协议 ， 开发人员基本上天天和它打交道，对它进行深入了解。 可以帮助我们排查定位bug和进行程序优化。下面我将就TCP几个点做深入的探讨

客户端：收到 ack 后 分配连接资源。 发送数据
服务器 : 收到 syn 后立即 分配连接资源

客户端：收到ACK， 立即分配资源
服务器：收到ACK， 立即分配资源

既然三次握手也不是100%可靠， 那四次，五次，六次。。。呢? 其实都一样，不管多少次都有丢包问题。

client 只发送一个 SYN， server 分配一个tcb， 放入syn队列中。 这时候连接叫 半连接 状态；如果server 收不到 client 的ACK， 会不停重试 发送 ACK-SYN 给client 。重试间隔 为 2 的 N 次方 叠加（2^0 , 2^1, 2^2 ....）；直至超时才释放syn队列中的这个 TCB;
在半连接状态下， 一方面会占用队列配额资源，另一方面占用内存资源。我们应该让半连接状态存在时间尽可能的小

当client 向一个未打开的端口发起连接请求时，会收到一个RST回复包

当listen 的 backlog 和 somaxconn 都设置了得时候， 取两者min值

Recv-Q 是accept 队列当前个数， Send-Q 设置最大值

这种SYN洪水攻击是一种常见攻击方式，就是利用半连接队列特性，占满syn 队列的 资源，导致 client无法连接上。
解决方案:

为什么不像握手那样合并成三次挥手? 因为和刚开始连接情况，连接是大家都从0开始， 关闭时有历史包袱的。server(被动关闭方) 收到 client(主动关闭方) 的关闭请求FIN包。 这时候可能还有未发送完的数据，不能丢弃。 所以需要分开。事实可能是这样

当然，在没有待发数据，并且允许 Delay ACK 情况下， FIN-ACK合并还是非常常见的事情，这是三次挥手是可以的。

同上

CLOSE_WAIT 是被动关闭方才有的状态 。

被动关闭方 [收到 FIN 包 发送 ACK 应答] 到 [发送FIN， 收到ACK ] 期间的状态为 CLOSE_WAIT， 这个状态仍然能发送数据。 我们叫做 半关闭 , 下面用个例子来分析:

这个是我实际生产环境碰到的一个问题，长连接会话场景，server端收到client的rpc call 请求1，处理发现请求包有问题，就强制关闭结束这次会话， 但是 因为client 发送 第二次请求之前，并没有去调用recv，所以并不知道 这个连接被server关闭， 继续发送 请求2 ， 此时是半连接，能够成功发送到对端机器，但是recv结果后，遇到连接已经关闭错误。

如果 client 和 server 恰好同时发起关闭连接。这种情况下，两边都是主动连接，都会进入 TIME_WAIT状态

1、 被动关闭方在LAST_ACK状态(已经发送FIN)，等待主动关闭方的ACK应答，但是 ACK丢掉， 主动方并不知道，以为成功关闭。因为没有TIME_WAIT等待时间，可以立即创建新的连接， 新的连接发送SYN到前面那个未关闭的被动方，被动方认为是收到错误指令，会发送RST。导致创建连接失败。

2、 主动关闭方断开连接，如果没有TIME_WAIT等待时间，可以马上建立一个新的连接，但是前一个已经断开连接的，延迟到达的数据包。 被新建的连接接收，如果刚好seq 和 ack字段 都正确, seq在滑动窗口范围内(只能说机率非常小，但是还是有可能会发生)，会被当成正确数据包接收，导致数据串包。 如果不在window范围内，则没有影响( 发送一个确认报文（ack 字段为期望ack的序列号，seq为当前发送序列号），状态变保持原样)

TIME_WAIT 问题比较比较常见，特别是CGI机器，并发量高，大量连接后段服务的tcp短连接。因此也衍生出了多种手段解决。虽然每种方法解决不是那么完美，但是带来的好处一般多于坏处。还是在日常工作中会使用。
1、改短TIME_WAIT 等待时间

这个是第一个想到的解决办法，既然等待时间太长，就改成时间短，快速回收端口。但是实际情况往往不乐观，对于并发的机器，你改多短才能保证回收速度呢，有时候几秒钟就几万个连接。太短的话，就会有前面两种问题小概率发生。

2、禁止Socket lingering

这种情况下关闭连接，会直接抛弃缓冲区中待发送的数据，会发送一个RST给对端，相当于直接抛弃TIME_WAIT， 进入CLOSE状态。同样因为取消了 TIME_WAIT 状态，会有前面两种问题小概率发生。

3、tcp_tw_reuse
net.ipv4.tcp_tw_reuse选项是 从 TIME_WAIT 状态的队列中，选取条件：1、remote 的 ip 和端口相同， 2、选取一个时间戳小于当前时间戳； 用来解决端口不足的尴尬。

现在端口可以复用了，看看如何面对前面TIME_WAIT 那两种问题。 我们仔细回顾用一下前面两种问题。 都是在新建连接中收到老连接的包导致的问题 ， 那么如果我能在新连接中识别出此包为非法包，是不是就可以丢掉这些无用包，解决问题呢。

需要实现这些功能，需要扩展一下tcp 包头。 增加 时间戳字段。 发送者 在每次发送的时候。 在tcp包头里面带上发送时候的时间戳。 当接收者接收的时候，在ACK应答中除了TCP包头中带自己此时发送的时间戳，并且把收到的时间戳附加在后面。也就是说ACK包中有两个时间戳字段。结构如下:

那我们接下来一个个分析tcp_tw_reuse是如何解决TIME_WAIT的两个问题的

4、tcp_tw_recycle

tcp_tw_recycle 也是借助 timestamp机制。顾名思义， tcp_tw_reuse 是复用 端口，并不会减少 TIME-WAIT 数量。你去查询机器上TIME-WAIT 数量，还是 几千几万个，这点对有强迫症的同学感觉很不舒服。tcp_tw_recycle 是 提前 回收 TIME-WAIT资源。会减少 机器上 TIME-WAIT 数量。

tcp_tw_recycle 工作原理是。

linux网络编程

一、CS架构，BS架构

(1)CS架构介绍（client server，客户端服务器架构），例如：qq、360网盘
(2)BS架构介绍（broswer server，浏览器服务器架构）例如：浏览器

二、TCP协议学习1

1、关于TCP理解的重点
(1)TCP协议工作在传输层，对上服务socket接口，对下调用IP层
(2)TCP协议面向连接，通信前必须先3次握手建立连接关系后才能开始通信。
(3)TCP协议提供可靠传输，不怕丢包、乱序等。
2、TCP如何保证可靠传输
(1)TCP在传输有效信息前要求通信双方必须先握手，建立连接才能通信
(2)TCP的接收方收到数据包后会ack给发送方，若发送方未收到ack会丢包重传
(3)TCP的有效数据内容会附带校验，以防止内容在传递过程中损坏
(4)TCP会根据网络带宽来自动调节适配速率（滑动窗口技术），如果接收方接收压力很小，发送方便会慢慢提高发送速率；相反接收方压力大，发送方会慢慢讲地发送速率
(5)发送方会给各分割报文编号，接收方会校验编号，一旦顺序错误即会重传。

三、TCP协议的学习2

1、TCP的三次握手

(1)建立连接需要三次握手
(2)建立连接的条件：服务器listen时客户端主动发起connect
2、TCP的四次握手
(3)关闭连接需要四次握手
(4)服务器或者客户端都可以主动发起关闭