Linux内核TCP/IP参数分析与调优

Posted 2020-12-30 FuZZ

1.下图是数据通信的一个过程：TCP三次握手. TCP数据传输. TCP的四次断开

SYN:(同步序列编号,Synchronize Sequence Numbers)该标志仅在三次握手建立的时候有效。表示一个新的TCP连接请求。

ACK:(确认编号，Acknowledgement Number)是对TCP请求的确认标志，同时提示对端系统已经成功连接所有数据。

  FIN(结束标志，Finish)用来结束一个TCP会话，但对应端口仍处于开放状态，准备接受新数据。

下面分别解析11个阶段的Server端和Client端的TCP状态。

 

1)、LISTEN:首先服务端需要打开一个socket进行监听，状态为LISTEN. /* The socket is listening for incoming connections. 侦听来自远方TCP端口的连接请求 */

 

2)、SYN_SENT:客户端通过应用程序调用connect进行active open.于是客户端tcp发送一个SYN以请求建立一个连接.之后状态置为SYN_SENT. /*The socket isactively attempting toestablish a connection. 在发送连接请求后等待匹配的连接请求 */

 

3)、SYN_RECV:服务端应发出ACK确认客户端的SYN,同时自己向客户端发送一个SYN. 之后状态置为SYN_RECV /* A connection request has been received fromthenetwork. 在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认 */（这一过程很短暂，用netstat很难看到这种状态）

 

4)、ESTABLISHED: 代表一个打开的连接，双方可以进行或已经在数据交互了。/* The socket has anestablishedconnection. 代表一个打开的连接，数据可以传送给用户 */

 

5)、FIN_WAIT1:主动关闭(active close)端应用程序调用close，于是其TCP发出FIN请求主动关闭连接，之后进入FIN_WAIT1状态./* The socket is closed, andtheconnection is shutting down. 等待远程TCP的连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认 */（FIN_WAIT1只出现在主动关闭的那一端，其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是：FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。）

 

6)、CLOSE_WAIT:被动关闭(passive close)端TCP接到FIN后，就发出ACK以回应FIN请求(它的接收也作为文件结束符传递给上层应用程序),并进入CLOSE_WAIT. /* The remote end hasshut down, waitingfor the socket to close. 等待从本地用户发来的连接中断请求 */

 

7)、FIN_WAIT2:主动关闭端接到ACK后，就进入了FIN-WAIT-2 ./* Connection is closed, and the socket is waiting forashutdown from the remote end. 从远程TCP等待连接中断请求*/

 

8)、LAST_ACK:被动关闭端一段时间后，接收到文件结束符的应用程序将调用CLOSE关闭连接。这导致它的TCP也发送一个 FIN,等待对方的ACK.就进入了LAST-ACK. /* The remote end has shut down, andthe socket is closed. Waiting foracknowledgement. 等待原来发向远程TCP的连接中断请求的确认 */

 

9)、TIME_WAIT:在主动关闭端接收到FIN后，TCP就发送ACK包，并进入TIME-WAIT状态。/* The socket iswaiting after close tohandle packets still in the network.等待足够的时间以确保远程TCP接收到连接中断请求的确认 */（主线在主动关闭端，表示收到了对方的FIN报文，并且发送出了ACK报文，等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。）

 

10)、CLOSING: 比较少见./* Both sockets areshut down but westill don’thave all our data sent. 等待远程TCP对连接中断的确认 */

 

11)、CLOSED: 被动关闭端在接受到ACK包后，就进入了closed的状态。连接结束./* The socket is notbeing used. 没有任何连接状态 */

 

TIME_WAIT状态的形成只发生在主动关闭连接的一方。

主动关闭方在接收到被动关闭方的FIN请求后，发送成功给对方一个ACK后,将自己的状态由FIN_WAIT2修改为TIME_WAIT，而必须再等2倍 的MSL(Maximum Segment Lifetime, MSL是一个数据报在internetwork中能存在的时间)时间之后双方才能把状态 都改为CLOSED以关闭连接。目前RHEL里保持TIME_WAIT状态的时间为60秒。

 

2.涉及的内核参数调整

2.1TCP的三次握手状态变化:

1）    Client：SYN ->Server    ：Client发送一个SYN到Server,此时客户端状态变为SYN_SENT.

2）    Server: SYN + ACK –>Client   ：Server接收到SYN包，并发送ACK到Client，此时Server端状态LISTEN-> SYN_RECV

3）    Client：ACK -> Server    ：Client收到Server的SYN和ACK，此时Server端状态：LISTEN ->SYN_RECV -> ESTABLISHED

Client端状态SYN_SENT –>ESTABLISHED

   涉及的内核参数： 

net.ipv4.tcp_synack_retries=3    syn—>ack握手状态的重新次数，默认为5（180s），当遇到syn-flood攻击时，可适当调小

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog＝10240     syn队列长度。默认1024，可根据内存做适当调整

net.ipv4.tcp_syn_retries=2   外向syn握手重试次数，默认为4

net.ipv4.tcp_syncookies = {0|1}   SYN Cookies 是对TCP服务器端的三次握手协议作一些修改，专门用来防范SYN Flood攻击的一种手段。它的原理是，在TCP服务器收到TCP SYN包并返回TCPSYN+ACK包时，不分配一个专门的数据区，而是根据这个SYN包计算出一个cookie值。在收到TCPACK包时，TCP服务器在根据那个cookie值检查这个TCP ACK包的合法性。如果合法，再分配专门的数据区进行处理未来的TCP连接

2.2 中间传输数据涉及的内核参数：

net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=15 

net.ipv4.tcp_keepalive_probes=3 

net.ipv4.tcp_keepalive_time=120 

 这三个参数是如果Server端和Client端一直没有数据传输，过了120秒后，第一次探测，间隔15秒后做第二次探测，直到探测3次就放弃连接。

2.3 四次断开的状态变化：

  

   客户端（主动发起关闭）：

1）Client : FIN(M) ->Server         Client发送一个FIN给Server，请求关闭，Client由ESTABLISHED -> FIN_WAIT1

 

2）Server : ACK ->Client             Server收到FIN后发送ACK 确认，Server有ESTABLISHED ->CLOSE_WAIT   Client收到Server的ACK，由FIN_WAIT1->FIN_WAIT2继续等待Server发送数据

 

3）Server : FIN(N) ->Client           Server端状态变为ESTABLISHED ->CLOSE_WAIT ->LAST_ACK

 

4）Client : ACK(N+1)->Server  Client收到FIN，状态由ESTABLISHED->FIN_WAIT1->FIN_WAIT2->TIME_WAIT[2MSL超时]->closed     Server端变为ESTABLISHED ->CLOSE_WAIT ->LAST_ACK->CLOSED.

   涉及的内核参数：

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭 

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭 .负载均衡上不建议开启（net.ipv4.tcp_timestamps开启时才能生效）

net.ipv4.tcp_fin_timeout = 60 表示如果套接字由本端要求关闭，这个参数决定了它保持在FIN-WAIT-2状态的时间（可改为30，一般来说FIN-WAIT-2的连接也极少）

net.ipv4.tcp_timestamps =0

PS:在一些高并发的 WebServer上，为了端口能够快速回收，打开了net.ipv4.tcp_tw_recycle，而在关闭 net.ipv4.tcp_tw_recycle的时候，kernal 是不会检查对端机器的包的时间戳的；打开了 tcp_tw_reccycle 了，就会检查时间戳，很不幸移动的cmwap发来的包的时间戳是乱跳的，所以服务器就把带了“倒退”的时间戳的包当作是“recycle的tw连接的重传数据，不是新的请求”，于是丢掉不回包，造成大量丢包。

net.ipv4.ip_local_port_range = 10000 65000  定义向外链接的本地端口池

net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 400000  定义系统最大的time_wait数量，如果超过该值，系统会清理time_wait,并打印警告信息 TCP: time wait bucket table overflow

net.ipv4.tcp_sack ＝0

来自为知笔记(Wiz)