• Linux内核TCP/IP参数分析与调优


    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





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