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[网络协议]TCP TIME_WAIT相关的一些问题

问题1:CLOSE-WAIT 和 TIME-WAIT 的状态和意义
在服务器收到客户端关闭连接的请求并告诉客户端自己已经成功收到了该请求之后,服务器进入了 CLOSE-WAIT 状态,然而此时有可能服务端还有一些数据没有传输完成,因此不能立即关闭连接,而 CLOSE-WAIT 状态就是为了保证服务器在关闭连接之前将待发送的数据发送完成。

TIME-WAIT 发生在第四次挥手,当客户端向服务端发送 ACK 确认报文后进入该状态,若取消该状态,即客户端在收到服务端的 FIN 报文后立即关闭连接,此时服务端相应的端口并没有关闭,若客户端在相同的端口立即建立新的连接,则有可能接收到上一次连接中残留的数据包,可能会导致不可预料的异常出现。除此之外,假设客户端最后一次发送的 ACK 包在传输的时候丢失了,由于 TCP 协议的超时重传机制,服务端将重发 FIN 报文,若客户端并没有维持 TIME-WAIT 状态而直接关闭的话,当收到服务端重新发送的 FIN 包时,客户端就会用 RST 包来响应服务端,这将会使得对方认为是有错误发生,然而其实只是正常的关闭连接过程,并没有出现异常情况。
该问题的另一种说法:
1)可靠地实现TCP全双工连接的终止

在进行关闭连接四路握手协议时,最后的ACK是由主动关闭端发出的,如果这个最终的ACK丢失,服务器将重发最终的FIN,因此客户端必须维护状态信息允许它重发最终的ACK。如果不维持这个状态信息,那么客户端将响应RST分节,服务器将此分节解释成一个错误(在java中会抛出connection reset的SocketException)。因而,要实现TCP全双工连接的正常终止,必须处理终止序列四个分节中任何一个分节的丢失情况,主动关闭的客户端必须维持状态信息进入TIME_WAIT状态。

2)允许老的重复分节在网络中消逝

TCP分节可能由于路由器异常而“迷途”,在迷途期间,TCP发送端可能因确认超时而重发这个分节,迷途的分节在路由器修复后也会被送到最终目的地,这个原来的迷途分节就称为lost duplicate。

在关闭一个TCP连接后,马上又重新建立起一个相同的IP地址和端口之间的TCP连接,后一个连接被称为前一个连接的化身(incarnation),那么有可能出现这种情况:前一个连接的迷途重复分组在前一个连接终止后出现,从而被误解成从属于新的化身。

为了避免这个情况,TCP不允许处于TIME_WAIT状态的连接启动一个新的化身,因为TIME_WAIT状态持续2MSL,就可以保证当成功建立一个TCP连接的时候,来自连接先前化身的重复分组已经在网络中消逝。

新的SCTP协议通过在消息头部添加验证标志避免了TIME_WAIT状态。

问题2:TIME_WAIT 状态会导致什么问题,怎么解决
我们考虑高并发短连接的业务场景,在高并发短连接的 TCP 服务器上,当服务器处理完请求后主动请求关闭连接,这样服务器上会有大量的连接处于 TIME_WAIT 状态,服务器维护每一个连接需要一个 socket,也就是每个连接会占用一个文件描述符,而文件描述符的使用是有上限的,如果持续高并发,会导致一些正常的 连接失败。

解决方案:修改配置或设置 SO_REUSEADDR 套接字,使得服务器处于 TIME-WAIT 状态下的端口能够快速回收和重用。

问题3:TIME-WAIT 为什么是 2MSL
当客户端发出最后的 ACK 确认报文时,并不能确定服务器端能够收到该段报文。所以客户端在发送完 ACK 确认报文之后,会设置一个时长为 2 MSL 的计时器。MSL(Maximum Segment Lifetime),指一段 TCP 报文在传输过程中的最大生命周期。2 MSL 即是服务器端发出 FIN 报文和客户端发出的 ACK 确认报文所能保持有效的最大时长。

若服务器在 1 MSL 内没有收到客户端发出的 ACK 确认报文,再次向客户端发出 FIN 报文。如果客户端在 2 MSL 内收到了服务器再次发来的 FIN 报文,说明服务器由于一些原因并没有收到客户端发出的 ACK 确认报文。客户端将再次向服务器发出 ACK 确认报文,并重新开始 2 MSL 的计时。

若客户端在 2MSL 内没有再次收到服务器发送的 FIN 报文,则说明服务器正常接收到客户端 ACK 确认报文,客户端可以进入 CLOSE 阶段,即完成四次挥手。

所以客户端要经历 2 MSL 时长的 TIME-WAIT 阶段,为的是确认服务器能否接收到客户端发出的 ACK 确认报文。
问题4:有很多 TIME-WAIT 状态如何解决
服务器可以设置 SO_REUSEADDR 套接字选项来通知内核,如果端口被占用,但 TCP 连接位于 TIME_WAIT 状态时可以重用端口。如果你的服务器程序停止后想立即重启,而新的套接字依旧希望使用同一端口,此时 SO_REUSEADDR 选项就可以避免 TIME-WAIT 状态。

也可以采用长连接的方式减少 TCP 的连接与断开,在长连接的业务中往往不需要考虑 TIME-WAIT 状态,但其实在长连接的业务中并发量一般不会太高。
问题5:有很多 CLOSE-WAIT 怎么解决
顾名思义close_wait的意思是等待应用层关掉一个tcp连接,表示对端关闭的,自己没有关闭,此时是半连接状态。
首先检查是不是自己的代码问题(看是否服务端程序忘记关闭连接),如果是,则修改代码。
调整系统参数,包括句柄相关参数和 TCP/IP 的参数,一般一个 CLOSE_WAIT 会维持至少 2 个小时的时间,我们可以通过调整参数来缩短这个时间。

参考来源:力扣(LeetCode)

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加:2022-05-21 19:17:01  更:2022-05-21 19:17:21 
 
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