民工哥技術之路

寫在開頭，大概 4 年前，聽到運維同學提到 TIME_WAIT 狀態的 TCP 連接過多的問題，但是當時沒有去細琢磨；最近又聽人說起，是一個新手進行壓測過程中，遇到的問題，因此，花點時間，細深究一下。

問題描述

模擬高并發的場景，會出現批量的 TIME_WAIT 的 TCP 連接：

短時間后，所有的 TIME_WAIT 全都消失，被回收，端口包括服務，均正常。即，在高并發的場景下，TIME_WAIT 連接存在，屬于正常現象。

線上場景中，持續的高并發場景：

• 一部分 TIME_WAIT 連接被回收，但新的 TIME_WAIT 連接產生；
• 一些極端情況下，會出現大量的 TIME_WAIT 連接。

Think：上述大量的 TIME_WAIT 狀態 TCP 連接，有什么業務上的影響嗎？

Nginx 作為反向代理時，大量的短鏈接，可能導致 Nginx 上的 TCP 連接處于 time_wait 狀態：

• 1.每一個 time_wait 狀態，都會占用一個「本地端口」，上限為 65535(16 bit，2 Byte)；
• 2.當大量的連接處于 time_wait 時，新建立 TCP 連接會出錯，address already in use : connect 異常

統計 TCP 連接的狀態：

// 統計：各種連接的數量$?netstat -n | awk?'/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'ESTABLISHED 1154TIME_WAIT 1645

Tips：TCP 本地端口數量，上限為 65535(6.5w)，這是因為 TCP 頭部使用 16 bit，存儲「端口號」，因此約束上限為 65535。

問題分析

大量的 TIME_WAIT 狀態 TCP 連接存在，其本質原因是什么？

• 1.大量的短連接存在
• 2.特別是 HTTP 請求中，如果 connection 頭部取值被設置為 close 時，基本都由「服務端」發起主動關閉連接
• 3.而，TCP 四次揮手關閉連接機制中，為了保證 ACK 重發和丟棄延遲數據，設置 time_wait 為 2 倍的 MSL(報文最大存活時間)

TIME_WAIT 狀態：

• 1.TCP 連接中，主動關閉連接的一方出現的狀態；(收到 FIN 命令，進入 TIME_WAIT 狀態，并返回 ACK 命令)
• 2.保持 2 個 MSL 時間，即，4 分鐘；(MSL 為 2 分鐘)

解決辦法

解決上述 time_wait 狀態大量存在，導致新連接創建失敗的問題，一般解決辦法：

1.客戶端，HTTP 請求的頭部，connection 設置為 keep-alive，保持存活一段時間：現在的瀏覽器，一般都這么進行了

2.服務器端

允許 time_wait 狀態的 socket 被重用

縮減 time_wait 時間，設置為 1 MSL(即，2 mins)

結論：幾個核心要點

1.time_wait 狀態的影響：

TCP 連接中，「主動發起關閉連接」的一端，會進入 time_wait 狀態

time_wait 狀態，默認會持續 2 MSL(報文的最大生存時間)，一般是 2x2 mins

time_wait 狀態下，TCP 連接占用的端口，無法被再次使用

TCP 端口數量，上限是 6.5w(65535，16 bit)

大量 time_wait 狀態存在，會導致新建 TCP 連接會出錯，address already in use : connect 異常

2.現實場景：

服務器端，一般設置：不允許「主動關閉連接」

但 HTTP 請求中，http 頭部 connection 參數，可能設置為 close，則，服務端處理完請求會主動關閉 TCP 連接

現在瀏覽器中， HTTP 請求 connection 參數，一般都設置為 keep-alive

Nginx 反向代理場景中，可能出現大量短鏈接，服務器端，可能存在

3.解決辦法：

服務器端允許 time_wait 狀態的 socket 被重用

縮減 time_wait 時間，設置為 1 MSL(即，2 mins)

附錄

幾個方面：

1.TCP 連接狀態的查詢

2.MSL 時間

3.TCP 三次握手和四次握手

附錄 A：查詢 TCP 連接狀態

Mac 下，查詢 TCP 連接狀態的具體命令：

// Mac 下，查詢 TCP 連接狀態$?netstat -nat |grep TIME_WAIT// Mac 下，查詢 TCP 連接狀態，其中 -E 表示 grep 或的匹配邏輯$?netstat -nat | grep -E?"TIME_WAIT|Local Address"Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address (state)tcp4 0 0 127.0.0.1.1080 127.0.0.1.59061 TIME_WAIT// 統計：各種連接的數量$?netstat -n | awk?'/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'ESTABLISHED 1154TIME_WAIT 1645

附錄 B：MSL 時間

MSL，Maximum Segment Lifetime，“報文最大生存時間”

1.任何報文在網絡上存在的最長時間，超過這個時間報文將被丟棄。(IP 報文)

2.TCP報文 (segment)是ip數據報(datagram)的數據部分。

Tips：RFC 793中規定MSL為2分鐘，實際應用中常用的是30秒，1分鐘和2分鐘等。

2MSL，TCP 的 TIME_WAIT 狀態，也稱為2MSL等待狀態：

• 當TCP的一端發起主動關閉(收到 FIN 請求)，在發出最后一個ACK 響應后，即第3次握 手完成后，發送了第四次握手的ACK包后，就進入了TIME_WAIT狀態。
• 2.必須在此狀態上停留兩倍的MSL時間，等待2MSL時間主要目的是怕最后一個 ACK包對方沒收到，那么對方在超時后將重發第三次握手的FIN包，主動關閉端接到重發的FIN包后，可以再發一個ACK應答包。
• 3.在 TIME_WAIT 狀態時，兩端的端口不能使用，要等到2MSL時間結束，才可繼續使用。(IP 層)
• 4.當連接處于2MSL等待階段時，任何遲到的報文段都將被丟棄。

不過在實際應用中，可以通過設置 「SO_REUSEADDR選項」，達到不必等待2MSL時間結束，即可使用被占用的端口。

附錄 C：TCP 三次握手和四次握手

具體示意圖：

1.三次握手，建立連接過程

2.四次揮手，釋放連接過程

幾個核心疑問：

1.time_wait 是「服務器端」的狀態？or 「客戶端」的狀態？

• RE：time_wait 是「主動關閉 TCP 連接」一方的狀態，可能是「客服端」的，也可能是「服務器端」的
• 一般情況下，都是「客戶端」所處的狀態；「服務器端」一般設置「不主動關閉連接」

2.服務器在對外服務時，是「客戶端」發起的斷開連接？還是「服務器」發起的斷開連接？

• 正常情況下，都是「客戶端」發起的斷開連接
• 「服務器」一般設置為「不主動關閉連接」，服務器通常執行「被動關閉」
• 但 HTTP 請求中，http 頭部 connection 參數，可能設置為 close，則，服務端處理完請求會主動關閉 TCP 連接

關于 HTTP 請求中，設置的主動關閉 TCP 連接的機制：TIME_WAIT的是主動斷開方才會出現的，所以主動斷開方是服務端？

1.答案是是的。在HTTP1.1協議中，有個 Connection 頭，Connection有兩個值，close和keep-alive，這個頭就相當于客戶端告訴服務端，服務端你執行完成請求之后，是關閉連接還是保持連接，保持連接就意味著在保持連接期間，只能由客戶端主動斷開連接。還有一個keep-alive的頭，設置的值就代表了服務端保持連接保持多久。

2.HTTP默認的Connection值為close，那么就意味著關閉請求的一方幾乎都會是由服務端這邊發起的。那么這個服務端產生TIME_WAIT過多的情況就很正常了。

3.雖然HTTP默認Connection值為close，但是，現在的瀏覽器發送請求的時候一般都會設置Connection為keep-alive了。所以，也有人說，現在沒有必要通過調整參數來使TIME_WAIT降低了。

關于 time_wait：

1.TCP 連接建立后，「主動關閉連接」的一端，收到對方的 FIN 請求后，發送 ACK 響應，會處于 time_wait 狀態；

2.time_wait 狀態，存在的必要性：

• a、可靠的實現 TCP 全雙工連接的終止：四次揮手關閉 TCP 連接過程中，最后的 ACK 是由「主動關閉連接」的一端發出的，如果這個 ACK 丟失，則，對方會重發 FIN 請求，因此，在「主動關閉連接」的一段，需要維護一個 time_wait 狀態，處理對方重發的 FIN 請求；
• b、處理延遲到達的報文：由于路由器可能抖動，TCP 報文會延遲到達，為了避免「延遲到達的 TCP 報文」被誤認為是「新 TCP 連接」的數據，則，需要在允許新創建 TCP 連接之前，保持一個不可用的狀態，等待所有延遲報文的消失，一般設置為 2 倍的 MSL(報文的最大生存時間)，解決「延遲達到的 TCP 報文」問題；

作者：NingG

ningg.top/computer-basic-theory-tcp-time-wait/

end

總結

以上是生活随笔為你收集整理的83998 连接服务器出错_服务端 TCP 连接的 TIME_WAIT 问题分析与解决的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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