網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)

網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)（11種）非常重要這里既包含三次握手中的也包括四次斷開中的，所以要熟悉。

LISTEN被動打開，首先服務(wù)器需要打開一個socket進(jìn)行監(jiān)聽，監(jiān)聽來自遠(yuǎn)方TCP端口的連接請求，等于服務(wù)器端執(zhí)行socket、bind、listen三個函數(shù)之后阻塞在accept處。

SYN_SENT表示主動連接，客戶端能通過應(yīng)用程序調(diào)用connect()函數(shù)進(jìn)行active open。于是客戶端TCP發(fā)送一個SYN以請求建立一個連接，之后狀態(tài)為SYN_SEND，表示已發(fā)送一個SYN到服務(wù)器端，等待SYN 1+ACK 0響應(yīng)。

SYN_RECV服務(wù)器端收到客戶端的SYN 1，然后狀態(tài)變?yōu)镾YN_RECV。表示服務(wù)器收到了客戶端發(fā)來的SYN，然后自己也響應(yīng)了給客戶端一個SYN 1+ACK 1，然后等待客戶端確認(rèn)。這時候客戶端過來的連接（屬于半連接狀態(tài)）被放在一個SYN隊列里面，SYN泛洪***也是這樣的，就是服務(wù)器響應(yīng)了SYN+ACK之后，客戶端就不在發(fā)送ACK了，然后繼續(xù)發(fā)送SYN，直到把服務(wù)器的最大連接數(shù)量耗盡。半連接隊列長度是由內(nèi)核參數(shù)tcp_max_syn_backlog來決定的。

ESTABLISHED代表一個打開的連接，客戶端收到服務(wù)器發(fā)送的SYN 1+ACK 1，就變?yōu)檫@個狀態(tài)，然后向服務(wù)器發(fā)送ACK，如果服務(wù)器收到這個ACK，那么它也變?yōu)檫@個狀態(tài)。這個狀態(tài)就是表示連接以及建立，正在或即將傳輸數(shù)據(jù)。服務(wù)器收到ACK以后就會把半連接從上面提到的SYN隊列中刪除，然后放到ACCEPT隊列中，這時這個半連接的狀態(tài)就變成了ESTABLISHED。

FIN_WAIT1主動關(guān)閉端（可以是服務(wù)器也可以是客戶端）應(yīng)用程序調(diào)用了close，于是其TCP發(fā)出FIN主動關(guān)閉請求，也就是四次斷開的第一次，之后就進(jìn)入了FIN_WAIT1狀態(tài)，等待遠(yuǎn)程主機(jī)的ACK請求。

CLOSE_WAIT被動關(guān)閉端（可以是服務(wù)器有可以是客戶端）收到了對方發(fā)來的FIN后，進(jìn)入該狀態(tài)，然后發(fā)出ACK+1以回應(yīng)FIN請求（它的接收也作為文件結(jié)束符傳遞給上層應(yīng)用程序）。這個狀態(tài)實際上是說客戶端告訴服務(wù)器我沒有請求或者數(shù)據(jù)要發(fā)送了，等待看看服務(wù)器或者說是進(jìn)程還有沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送，如果有則繼續(xù)發(fā)送，如果沒有的話，就發(fā)送反向關(guān)閉指令。如果服務(wù)器大量連接是這個狀態(tài)就要去查看程序，很有可能是程序設(shè)計的問題。

FIN_WAIT2主動關(guān)閉端收到ACK+1后，就進(jìn)入的FIN_WAIT2狀態(tài)，也就等服務(wù)器是否還有數(shù)據(jù)發(fā)來，如果服務(wù)器沒有數(shù)據(jù)了，那么服務(wù)器就發(fā)送的反向關(guān)閉指令。也就是反向關(guān)閉連接指令FIN1+ACK1。實際上是告訴客戶端我的數(shù)據(jù)發(fā)送完了，可以關(guān)閉連接了。

LAST_ACK被動關(guān)閉端，發(fā)送反向結(jié)束連接請求FIN 1+ACK 1，然后進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)，等待主動關(guān)閉端發(fā)送ACK。

TIME_WAIT主動關(guān)閉端收到FIN 1 +ACK 1后，并進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，然后發(fā)送ACK+1，等待一段時間（2MSL）以確保服務(wù)器收到了ACK+1，然后自己進(jìn)入CLOSED狀態(tài)。這個階段主要是客戶端為了再次確認(rèn)一下服務(wù)器是否可以關(guān)閉連接，因為網(wǎng)絡(luò)畢竟是不可靠的。對于服務(wù)器有大量TIME_WAIT這個問題通常調(diào)整sysctl來解決。

CLOSING比較少見，表示等待遠(yuǎn)程TCP對連接中斷的確認(rèn)。

CLOSED被動關(guān)閉端在收到ACK包以后，就進(jìn)入closed狀態(tài)，連接結(jié)束。

三次握手過程

客戶端：發(fā)送SYN=J請求建立連接，此時客戶端進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)等待服務(wù)器響應(yīng)

服務(wù)器：收到客戶端的SYN=J后發(fā)送SYN=K, ACK J+1表示收到建立連接請求，然后自己進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)進(jìn)行等待客戶端的最后確認(rèn)

客戶端：收到服務(wù)器發(fā)來的SYN=K, ACK J+1然后發(fā)送ACK=K+1表示收到之前確認(rèn)，然后自己進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)表示自己處于連接建立狀態(tài)

服務(wù)器：收到客戶端的ACK以后則自己進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，此時雙方都處于連接建立狀態(tài)，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

三次握手的目的：是為了告訴對方SEQ然后服務(wù)器回復(fù)SEQ+1，這樣發(fā)送端就知道包沒有丟；另外握手的目的是交換信息，比如：

MSS：最大傳輸包（不含TCP/IP頭），MMS+包頭就是MTU，如果MTU過大傳輸就會卡死。

SACK_PERM：是否支持Selective ack（用戶優(yōu)化重傳效率），比如客戶端發(fā)送5個包給服務(wù)器，中途丟了2號包，服務(wù)器回復(fù)的時候只能回復(fù)2，表示2號前面的都收到了，請求重傳2號包，可是客戶端并不知道2后面的345是否收到?jīng)]有，如果支持SACK的話，那么服務(wù)器請求重傳2的時候就可以同時告訴345已經(jīng)收到，這樣客戶端只需要重傳2，如果沒有SACK機(jī)制，那么客戶端就會重傳2345，這樣效率就低了。

半連接和全連接

未完成連接隊列：客戶端發(fā)送SYN到服務(wù)器，服務(wù)器正在等待完成三次握手，此時就會把客戶端發(fā)起的這個連接請求放在該隊列里，也就是sync隊列。這個隊列由net.ipv4.tcp_max_syn_backlog參數(shù)決定， 系統(tǒng)默認(rèn)2048，服務(wù)器端口狀態(tài)為 SYNC_RCVD。

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog

已完成連接隊列：已經(jīng)完成握手的連接從SYN隊列移動到這個隊列，也就是accept隊列，默認(rèn)128（其實這個隊列最終的大小是由SOMAXCONN和使用listen函數(shù)傳入?yún)?shù)的兩者取最小值決定的），服務(wù)器端口狀態(tài)為ESTABLISHED，在Linux內(nèi)核2.4.25之后在/etc/sysctl.conf中

net.core.somaxconn = 128直接修改。

cat /proc/sys/net/core/somaxconn

TCP的三次握手第一步服務(wù)器收到客戶端的SYN后，把該請求放在半連接隊列中，之后回復(fù)SYN+ACK，當(dāng)客戶端收到這個信號并發(fā)送ACK之后并且服務(wù)器正常收到和處理后就把該請求從半連接隊列移動到ACCEPT隊列，進(jìn)入這個隊列才能從Listen變成accept。

比如syn泛洪***就是針對syn隊列的，***方不同的建立連接，但是只做連接的第一步，當(dāng)***者收到SYN+ACK后直接丟棄，導(dǎo)致受***的服務(wù)器上這個隊列滿了然后其他正常請求就無法進(jìn)入。

常見問題：客戶端在發(fā)送完最后一個ACK之后服務(wù)器端如果收到正常情況下應(yīng)該把該鏈接從SYNC隊列移動到ACCEPT隊列，如果ACCEPT隊列滿了，默認(rèn)服務(wù)器丟棄不會響應(yīng)，所以從客戶端角度來看三次握手已經(jīng)完成，但服務(wù)器沒有響應(yīng)這個鏈接，這種情況經(jīng)常出現(xiàn)在服務(wù)器同時收到很多鏈接請求的時候。如何確定這個問題？使用如下命令：

netstat-s|egrep"listen|LISTEN"

如果出現(xiàn)：

xxxxxtimesthelistenqueueofasocketoverflowed（全連接隊列溢出次數(shù)）

xxxxxSYNs to LISTEN sockets ignored （半連接隊列溢出次數(shù)）

這兩個值有時你會看到一樣多，但是通常半連接溢出次數(shù)會大于等于全連接溢出次數(shù)。就說明可能會有這個問題。因為如果這個數(shù)值一直在增加那么就要注意了。如果想再次確認(rèn)，那么你需要修改內(nèi)核參數(shù)

echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow

該參數(shù)默認(rèn)為0，參數(shù)含義看后面。修改之后客戶端再次發(fā)起連接就會收到reset信號，如果抓包收到這個信號，就證明服務(wù)器端的accept隊列滿了，你需要進(jìn)行調(diào)整。比如JAVA中默認(rèn)socket的backlog值大小是50.

ss -lnt

Send-Q：表示LISTEN端口上的全連接隊列最大為多少

Recv-Q：為全連接隊列當(dāng)前使用了多少

全連接隊列大小取決于：min(backlog, somaxconn)，前一個是在socket創(chuàng)建時傳入的（listen函數(shù)），somaxconn是OS級別的參數(shù)，這個somaxconn的含義請查看后面的內(nèi)涵參數(shù)說明

半連接隊列大小取決于：/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog 這個內(nèi)核參數(shù)

Nginx默認(rèn)的accept隊列是511，而且是多個進(jìn)程同時監(jiān)聽一個端口；Tomcat的accept隊列是100，默認(rèn)短連接。

# 查看Accept隊列溢出情況，如果當(dāng)前沒有溢出則沒有任何返回值 netstat -s | grep TCPBacklogDrop

思考：

如果客戶端發(fā)出ACK之后剛好服務(wù)器ACCEPT隊列滿了，也就是客戶端認(rèn)為連接成功建立而實際上服務(wù)器端連接沒有準(zhǔn)備好，而這時客戶端認(rèn)為建立好了而強(qiáng)行發(fā)送數(shù)據(jù)會怎么辦呢？客戶端發(fā)送之后肯定會得不到響應(yīng)，因為服務(wù)器丟棄了，然后客戶端認(rèn)為丟失所以進(jìn)行重傳，一定次數(shù)之后客戶端認(rèn)為異常，然后一直到超時最后斷開。

關(guān)于Backlog

TCP連接客戶端connect()返回并不代表TCP連接成功，有可能是服務(wù)器接收隊列滿了，系統(tǒng)會丟棄后續(xù)的ACK請求，
客戶端以為建立了連接，然后就執(zhí)行后續(xù)操作，然后就等待到超時。服務(wù)器則會等待ACK超時，會重傳SYN。

TCP隊列的一些問題

客戶端通過connect向服務(wù)器發(fā)出SYN包，客戶端會維護(hù)一個socket等待隊列，而服務(wù)器則會維護(hù)一個SYN隊列

此時是半連接狀態(tài)，如果socket等待隊列滿了，服務(wù)器則會丟棄，而客戶端會返回超時。只要客戶端沒有收到SYN+ACK，3秒后客戶端會再次發(fā)送，然后依然沒有收到，9秒后再繼續(xù)發(fā)送。

半連接SYN隊列長度由tcp_max_syn_backlog決定

當(dāng)服務(wù)器收到客戶端SYN后，會返回SYN+ACK包，客戶端的TCP協(xié)議棧會喚醒socket等待隊列，發(fā)出connect調(diào)用

客戶端返回ACK后，服務(wù)器會進(jìn)入一個新的叫做accept的隊列，這個隊列長度為min(backlog,somaxconn)默認(rèn)情況下somaxconn是128，表示最多有129的ESTAB的連接等待accept()，而backlog的值由int listen(int sockfd,int backlog)中的第二個參數(shù)指定，其含義是設(shè)置listen()函數(shù)最多允許多個網(wǎng)絡(luò)連接同時處于掛起狀態(tài)，大部分平臺都是511

當(dāng)accept隊列滿了之后，即是客戶端繼續(xù)向服務(wù)器發(fā)送ACK包，也不會得到響應(yīng)，此時服務(wù)器通過tcp_abort_on_overflow來決定如何返回，0表示直接丟棄，1表示發(fā)送RST通知；客戶端則會分別返回read timeout或者connection reset by peer。從上面可以看到有2個隊列，一個保存SYN_SEND以及SYN_RECV，另外一個accept隊列保存ESTAB的狀態(tài)。

比如客戶端通Nginx通信，Nginx立即返回ACK，但是3秒后才返回響應(yīng)數(shù)據(jù)，Nginx同后端通信，發(fā)送SYN請求等待3秒后端才響應(yīng)，就可能是backlog值設(shè)置過小，導(dǎo)致accept queue溢出，SYN被丟棄導(dǎo)致3s重傳。

關(guān)于ss命令中Recv-Q和Send-Q的含義？

這兩個指標(biāo)在不同場景含義不同。一個是狀態(tài)處于LISTEN狀態(tài)、一個是非LISTEN的其他狀態(tài)。

LISTEN狀態(tài)

這里的含義就是上面說的Recv-Q是當(dāng)前全連接隊列使用量；Send-Q是當(dāng)前對應(yīng)進(jìn)程SOCKET套接字最大blacklog的數(shù)量，也就是全連接隊列最大長度

非LISTEN狀態(tài)

Recv-Q：數(shù)據(jù)已經(jīng)接收到本地緩存，還有多少沒有被程序取走，單位bytes

Send-Q：要發(fā)送的數(shù)據(jù)有多少還在本地緩沖區(qū)對方未確認(rèn)，如果不是0可能是本地發(fā)送數(shù)據(jù)過快或者對方接收數(shù)據(jù)過慢，單位bytes

上述兩個值在非LISTEN狀態(tài)下都應(yīng)該保持0或者瞬間不為0，如果長期不為0則可能有問題。

# 統(tǒng)計各種狀態(tài)的值 netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}' # 統(tǒng)計特定進(jìn)程的TCP狀態(tài) netstat -ntap | grep '3141' | awk '{++S[$6]} END {for(a in S) print a, S[a]}'

Linux內(nèi)核中的TCP/IP參數(shù)

tcp_abort_on_overflow 默認(rèn)為0

TCP全連接隊列也就是accept隊列滿了之后如何處理，默認(rèn)是0，也就是丟棄，可以改為1，表示如果隊列滿了這時候有客戶端建立連接則發(fā)送一個reset包給客戶端，表示廢除這個握手。

net.core.netdev_max_backlog 默認(rèn)為128

表示當(dāng)每個網(wǎng)絡(luò)接口接收數(shù)據(jù)包的速率比內(nèi)核處理這些包的速率快時，允許發(fā)送到隊列的數(shù)據(jù)包最大數(shù)目。就是說當(dāng)接口接收包的速度比內(nèi)核處理的快時，那么多出來的數(shù)據(jù)包要存放到隊列中，那么這個隊列最大可以放多少個呢？就是這個參數(shù)設(shè)置的。
net.ipv4.tcp_max_orphans
用于設(shè)定系統(tǒng)中最多允許存在多少TCP套接字不被關(guān)聯(lián)到任何一個用戶文件句柄上，如果超過這個值，那么沒有與用戶文件句柄關(guān)聯(lián)的TCP套接字就會被復(fù)位，同時給出警告信息。這個值主要是為了防止DOS***。一般在系統(tǒng)內(nèi)存比較大的情況下可以調(diào)大。
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog
用于記錄尚未收到客戶端ACK信息的連接請求最大值。內(nèi)存比較多可以設(shè)置大一點(diǎn)。也就是半連接的隊列，表示服務(wù)器收到了客戶端的SYN包同時服務(wù)器也發(fā)送了ACK+SYN，但是還沒有收到客戶端返回的ACK包，此時連接處于SYN_RECV狀態(tài)，當(dāng)服務(wù)器收到客戶端的ACK包時，則刪除該半連接條目，服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，這時候把該連接放入Accept隊列。修改這個值可以增加更多的網(wǎng)絡(luò)連接，但是過大容易受到SYN泛洪***。
net.core.somaxconn
表示用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)同時發(fā)起的TCP連接數(shù)，一般為128，當(dāng)高并發(fā)的情況下，如果這個值比較小，就會導(dǎo)致連接超時或者重傳現(xiàn)象。Nginx服務(wù)器中定義的NGX_LISTEN_BACKLOG默認(rèn)是511，所以需要調(diào)整這個參數(shù)。當(dāng)服務(wù)器收到ACK包之后，就會進(jìn)入一個叫accept的隊列這個隊列的最大長度就是由這個參數(shù)決定的。表示最多可有多少個ESTAB的連接等待accept()。這個值表示已客戶端和服務(wù)器已完成三次握手的已建立連接的隊列大小。
net.ipv4.tcp_timestamps
該參數(shù)用于設(shè)置時間戳，可以避免序列號重復(fù)，在一個端口速率比較大的網(wǎng)卡下，遇到重復(fù)的序列號的概率還是比較大的。如果設(shè)置為0表示禁用對TCP時間戳的支持。默認(rèn)情況下，系統(tǒng)是允許重復(fù)的。但是對于Nginx來說還是建議關(guān)閉。
net.ipv4_tcpsynack_retries
用于設(shè)置內(nèi)核放棄TCP連接之前向客戶端發(fā)送ACK+SYN包的數(shù)量，也就是重試次數(shù)。這個參數(shù)主要影響三次握手中的第二次，也就是服務(wù)器向客戶端發(fā)送SYN+前一個SYN的ACK。一般設(shè)置為1，表示內(nèi)核放棄連接之前發(fā)送一次SYN+ACK包。比如客戶端發(fā)來SYN，然后服務(wù)器回復(fù)ACK+SYN，這時候客戶端斷線了，之后會怎么辦呢？服務(wù)器會進(jìn)行重發(fā)ACK+SYNC，Linux中默認(rèn)重試5次，每次時間間隔為上一次的一倍，1s-2s-4s-8s-16s之后再等一個32s如果還沒有客戶端響應(yīng)，則服務(wù)器斷開這個連接。
net.ipv4.syn_retries

參數(shù)和上一個類似，這是這次是設(shè)置內(nèi)核放棄建立連接之前發(fā)送SYN包的數(shù)量。也建議設(shè)置為1.

net.ipv4.tcp.syncookies

修改此參數(shù)可以有效防范syn flood***。原理是在TCP服務(wù)器收到SYN包后，***者就下線，這樣默認(rèn)服務(wù)器需要等待63秒之后才會斷開這個連接（中間服務(wù)器要重試幾次），這樣服務(wù)器的SYN隊列很快就滿了。這個參數(shù)的目的就是為了解決這個問題，當(dāng)SYN隊列滿了，服務(wù)器根據(jù)預(yù)源端口、目的IP和時間戳生產(chǎn)一個序列號（可以叫做cookie）發(fā)送出去，如果是***者它是不會響應(yīng)的，如果是真實請求則會返回這個cookie，然后服務(wù)器根據(jù)這個Cookie來建立連接就算你不在SYN隊列中也可以。默認(rèn)為0，1表示開啟。對于連接請求很大的服務(wù)器不要開啟這個參數(shù)，因為它并不嚴(yán)謹(jǐn)。你應(yīng)該設(shè)置三個參數(shù)來變相解決這個問題：net.ipv4_tcpsynack_retries、net.ipv4.tcp_max_syn_backlog和tcp_abort_on_overflow也就是，也就是減少重試次數(shù)、增大SYN隊列長度和如果處理不過來就拒絕。

net.ipv4.tcp_tw_reuse

表示開啟重用。允許將TIME_WAIT狀態(tài)的sockets重新用于新的TCP連接，因為大量處于TIME_WAIT狀態(tài)很浪費(fèi)資源，占用文件描述符，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉，設(shè)置為1表示開啟；
net.ipv4.tcp_tw_recycle
表示開啟TCP連接中TIME_WAIT sockets的快速回收，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉。設(shè)置為1表示開啟。
net.ipv4.tcp_fin_timeout
表示如果套接字由本端要求關(guān)閉，這個參數(shù)決定了它保持在FIN_WAIT-2狀態(tài)的時間。默認(rèn)為2MSL。不建議修改，如果要修改可以根據(jù)實際情況而定。
net.ipv4.tcp_keepalive_time
TCP keepalive心跳包機(jī)制，用于檢測連接是否已經(jīng)斷開，這個值就是設(shè)置檢測頻率的。表示當(dāng)keepalive起用的時候，TCP發(fā)送keepalive消息的頻度。缺省是2小時，改為20分鐘。
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000
表示用于向外連接的端口范圍。缺省情況下很小，改為1024到65000。
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000
表示系統(tǒng)同時保持TIME_WAIT套接字狀態(tài)的最大數(shù)量，如果超過這個數(shù)字，TIME_WAIT套接字將立刻被清除并打印警告信息。默認(rèn)為180000，改為5000。對于Apache、Nginx等服務(wù)器，上幾行的參數(shù)可以很好地減少TIME_WAIT套接字?jǐn)?shù)量，但是對于Squid，效果卻不大。此項參數(shù)可以控制TIME_WAIT套接字的最大數(shù)量，避免Squid服務(wù)器被大量的TIME_WAIT套接字拖死。

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