面试题-你听过TCP Fast Open (TFO/TCP快速打开)吗？能解释一下吗？

Posted 2021-03-13 passzhang

TCP Fast Open (TFO/TCP快速打开)

TCP快速打开（TCP Fast Open，TFO）是什么？

TCP快速打开（TCP Fast Open，TFO）是对TCP的一种简化握手手续的拓展，用于提高两端点间连接的打开速度。简而言之，就是在TCP的三次握手过程中传输实际有用的数据。这个扩展最初在Linux系统实现，Linux服务器，Linux系统上的Chrome浏览器，或运行在Linux上的其他支持的软件。

它通过握手开始时的SYN包中的TFO cookie来验证一个之前连接过的客户端。如果验证成功，它可以在三次握手最终的ACK包收到之前就开始发送数据，这样便跳过了一个绕路的行为，更在传输开始时就降低了延迟。这个加密的Cookie被存储在客户端，在一开始的连接时被设定好。然后每当客户端连接时，这个Cookie被重复返回。(参考：维基百科)

增加Fast Open后请求过程

请求Fast Open Cookie

1. 客户端发送SYN数据包，该数据包包含Fast Open选项，且该选项的Cookie为空，这表明客户端请求Fast Open Cookie；
2. 支持TCP Fast Open的服务器生成Cookie，并将其置于SYN-ACK数据包中的Fast Open选项以发回客户端；
3. 客户端收到SYN-ACK后，缓存Fast Open选项中的Cookie。

实施TCP Fast Open

以下描述假定客户端在此前的TCP连接中已完成请求Fast Open Cookie的过程并存有有效的Fast Open Cookie。

1. 客户端发送SYN数据包，该数据包包含数据（对于非TFO的普通TCP握手过程，SYN数据包中不包含数据）以及此前记录的Cookie；
2. 支持TCP Fast Open的服务器会对收到Cookie进行校验：如果Cookie有效，服务器将在SYN-ACK数据包中对SYN和数据进行确认（Acknowledgement），服务器随后将数据递送至相应的应用程序；否则，服务器将丢弃SYN数据包中包含的数据，且其随后发出的SYN-ACK数据包将仅确认（Acknowledgement）SYN的对应序列号；
3. 如果服务器接受了SYN数据包中的数据，服务器可在握手完成之前发送数据；
4. 客户端将发送ACK确认服务器发回的SYN以及数据，但如果客户端在初始的SYN数据包中发送的数据未被确认，则客户端将重新发送数据；
5. 此后的TCP连接和非TFO的正常情况一致。

注：客户端在请求并存储了Fast Open Cookie之后，可以不断重复TCP Fast Open直至服务器认为Cookie无效（通常为过期）。[4]

为Linux系统开启 TCP Fast Open (TFO)

How

为Linux系统开启TFO实际上非常简单，这里参考了wiki上对此的说明。

TFO要求

Linux内核版本在Linux 3.7以上

Linux开启TFO方法

以root权限执行一下命令

# echo 3 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_fastopen

并在开机自启动脚本（/etc/rc.local）添加。

在/etc/sysctl.conf中添加

net.ipv4.tcp_fastopen = 3

shadowsxcks开启支持

在shadowsxcks的config.json中设置fast_open为true 或 在启动命令后面添加：--fast-open。

为nginx 开启 TCP Fast Open (TFO)

我在我的一台服务器上配置了Nginx和Apache. nginx服务器在端口81上侦听端口80和Apache.Nginx用作反向代理.在nginx中,我配置了TCP Fast Open：

server {
    listen 192.168.25.223 fastopen=50;
    server_name servtest.com www.servtest.com;

服务器本身也启用了TCP Fast Open：

root@server:~/projects/nginx# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_fastopen
3

为了测试这是否有效,我在运行Ubuntu的PC上配置Chrome以使用TCP Fast Open(chrome：// flags页面).客户端上的tcp_fastopen设置设置为1.

在服务器上,我使用以下grep来查明是否使用了TCP Fast Open：

grep '^TcpExt:' /proc/net/netstat | cut -d ' ' -f 87-92  | column -t
TCPOFOMerge  TCPChallengeACK  TCPSYNChallenge  TCPFastOpenActive  TCPFastOpenPassive  TCPFastOpenPassiveFail
0            2                2                0                  0                   0

我相信TCPFastOpenActive和/或TCPFastOpenPassive计数器不应该是“0”如果这工作.任何想法如何实际找出是否使用TCP Fast Open并按预期工作？如果我需要提供更多信息,请告诉我.

使用TCP快速开放测试代码完成了一些测试

使用测试代码时,我的计数TCPFastOpenPassive会上升.

$grep '^TcpExt:' /proc/net/netstat | cut -d ' ' -f 87-92  | column -t
TCPOFOMerge  TCPChallengeACK  TCPSYNChallenge  TCPFastOpenActive  TCPFastOpenActiveFail  TCPFastOpenPassive
1000         56217            1316             0                  0                      2041

所以我认为分析方法是正确的.