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畅谈linux下TCP（上）

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

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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。

一篇就弄懂Linux netstat和tcpdump的常见用法

Netstat是一款CLI工具，它可以列出系统上所有的网络连接情况，包括tcp、udp和其他unix网络socket，另外它还能列出处于监听状态的socket。当Linux网络或系统排查问题时，netstat基本上是必用的工具之一，下面开始对netstat的常见用法加以说明。

用途：列出tcp、udp和其他unix套接字下所有的连接，往往信息提供的不够直观和详细，因此也常通过搭配其他参数一起使用。

相信很多用户已经发现，在执行上述命令的时候结果查询的不是很快，这是因为netstat默认会使用反向域名解析，会把对应的IPv4地址解析对应到IPv6或者主机名，如果IP地址信息足够满足需求时，大可以禁用反向域名解析，加上 -n 参数。

如果是查看udp协议下的连接，则用 netstat -nlu 。

常常会遇到如下场景：我们提前预知某服务程序开放某监听端口，于是想查看对应连接的信息，包括进程名、进程ID甚至执行owner信息等，可加入 -p ， -e 参数来实现。

netstat -s 可以打印出网络统计数据，包括某个协议下的收发包数量；

netstat -rn 可查看路由信息，效果等同于 route -n ；

netstat -i 或者 netstat -ie 可查看网络接口信息，且后一条命令效果等同于 ifconfig -a ；

用简单的话来定义tcpdump，就是： dump the traffic on a network ，根据使用者的定义对网络上的数据包进行截获的包分析工具。 tcpdump可以将网络中传送的数据包的“头”完全截获下来提供分析。它支持针对网络层、协议、主机、网络或端口的过滤，并提供and、or、not等逻辑语句来帮助你去掉无用的信息，是一个十分常用的Linux抓包工具。

在介绍tcpdump常用命令之前先提一个小建议，每个tcpdump命令的末尾加上 -s 0 -nvvvtttt 参数，简单解释一下参数的含义：

另外还可以结合自己的需要选择要不要加上 -x -xx -X -XX （输出会打印每个包的头部数据，且会以16进制或者ASCII码形式打印每个包的数据）等参数

如下仅简单说明一下上文没提到的用法：

Linux 基础教程 29-tcpdump命令-1

    在Linux中输入命令man tcpdump给出的定义如下所示：

是不是感觉很懵？我们用通俗、形象、学术的表达方式来全方位描述tcpdump:

常用选项如下所示：

1、第一个抓包示例

-i : 指定用来抓包的网络接口，这个参数在服务器有多个网卡的时候非常有效

-nn : 不转换协议和端口号，当tcpdump遇到协议号或端口号，不需要将这些数字转换为对应的协议名称或端口名称，如22端口SSH端口，我们希望显示22，而非SSH

-X : 将协议头和包内容原原本本的显示出来,tcpdump会同时以16进制和ASCII的形式进行显示，在协议分析时非常好用。

'port 22' : 告诉tcpdump要有选择的显示所抓到的包，在该示例中，只显示源端口或目的端口是22的数据包，其他的数据包则不显示。

-c : 用来指定抓包的个数，示例设置的个数为1，则代表仅抓取一个包之后就退出不再抓包了。

2、-e 增加数据链路层的头部信息

    通过两个命令的输出对比，可以看到增加-e选项后，输出的结果中增加MAC地址信息。而且在输出内容中会有 oui Unknown ，OUI即Organizationally unique identifier(组织唯一标识符)，在任何一块网卡中烧录的6字节MAC地址中，前3个字节体现了OUI，其表明了网卡的制造组织，通常情况下，该标识符是唯一的。在本例中，由于没有识别出网卡的制造商，因此显示为Unknown。

3、-l 将输出变为行缓冲模式

    -l的作用是将tcpdump的输出行为变为 行缓冲 方式，这样可以保证tcpdump遇到换行符，就立即将缓冲的内容输出到标准输出(stdout)，方便利用管道或重定向方式进行后续处理，而不会造成延迟。

    在Linux的标准I/O中提供了 全缓冲 、 行缓冲 、 无缓冲 三种缓冲方式。标准错误是不带缓冲的，而终端设备常为行缓冲，其他默认则为全缓冲。

    在该例中，将tcpdump输出的内容通过管道提取第5列，可以用来查看详细的连接信息。而如果不加 -l 选项时，则只有当缓冲区全部占满时，tcpdump才会将缓冲区中的内容输出，这样就有可能导致输出不连续的，如果强行结束，则会影响下一行的完整性。

4、-t 输出不加时间戳

    在增加选项 -t 选项后，时间23:48:03.193526就消失了。tcpdump默认情况下是按微秒来计时，因此最一个时间精确到了第6位。

5、 -v 显示详细信息

    在增加 -v 选项后，会在输出的内容中增加 tos 、 ttl 、 id 、 offset 、 协议编号 、 总长度 等，如需要理解这些信息，就需要了解TCP/IP协议中的头的具体定义了。

6、-F 指定过滤表达式所在的文件

    在第一个示例中，命令行增加了 'port 22' ，而这一项就叫 过滤条件 ，如果设置了过滤条件，则tcpdump只抓取满足过滤条件的数据包。如需要设置较为复杂的过滤条件或复用过滤条件时，这时可以将过滤条件保存为文件，然后通过-F加载该过滤文件。

7、 -w 将原始数据包信息保存到文件中

    当我们查看保存的文件时，出现的是乱码。则代表无法直接查看，很有可能是二进制文件。那么怎么查看保存的文件了？请看下一个示例。

7、 -r 从文件中读取原始数据包

    通过-w和-r选项即可实现抓包的录制回放功能。