time_wait状态产生的原因,危害,如何避免
1.先来了解TCP四次挥手的过程:
①第一次:主机1(可以使客户端,也可以是服务器端),设置Sequence Number和Acknowledgment Number,向主机2发送一个FIN报文段;此时,主机1进入FIN_WAIT_1状态;这表示主机1没有数据要发送给主机2了;
②第二次:主机2收到了主机1发送的FIN报文段,向主机1回一个ACK报文段,Acknowledgment Number为Sequence Number加1;主机1进入FIN_WAIT_2状态;主机2告诉主机1,我“同意”你的关闭请求;
③第三次:主机2向主机1发送FIN报文段,请求关闭连接,同时主机2进入LAST_ACK状态;
④第四次:主机1收到主机2发送的FIN报文段,向主机2发送ACK报文段,然后主机1进入TIME_WAIT状态;主机2收到主机1的ACK报文段以后,就关闭连接;此时,主机1等待2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,主机1也可以关闭连接了。
注:MSL是指Max Segment Lifetime,即数据包在网络中的最大生存时间。每种TCP协议的实现方法均要指定一个合适的MSL值,如RFC1122给出的建议值为2分钟,又如Berkeley体系的TCP实现通常选择30秒作为MSL值。这意味着TIME_WAIT的典型持续时间为1-4分钟。
2.TCP四次挥手过程中通信双方状态解析:
FIN_WAIT_1: 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。(主动方)
FIN_WAIT_2:实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET,表示半连接,也即有一方要求close连接,但另外还告诉对方,我暂时还有点数据需要传送给你(ACK信息),稍后再关闭连接。(主动方)
CLOSE_WAIT:表示在等待关闭。当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己,你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方,此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢,实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方,如果没有的话,那么你也就可以 close这个SOCKET,发送FIN报文给对方,也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下,需要完成的事情是等待你去关闭连接。(被动方)
LAST_ACK: 被动关闭一方在发送FIN报文后,最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后,也即可以进入到CLOSED可用状态了。(被动方)
TIME_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文,并发送出了ACK报文,就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN WAIT1状态下,收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时,可以直接进入到TIME_WAIT状态,而无须经过FIN_WAIT_2状态。(主动方)
CLOSED: 表示连接中断。
3.为什么要有TIME_WAIT这个状态?
假设最终的ACK丢失,主机2将重发FIN,主机1必须维护TCP状态信息以便可以重发最终的ACK,否则会发送RST,结果主机2认为发生错误。TCP实现必须可靠地终止连接的两个方向(全双工关闭),主机1必须进入 TIME_WAIT 状态,因为主机1可能面 临重发最终ACK的情形。
4.出现太多TIME_WAIT可能导致的后果:
在高并发短连接的TCP服务器上,当服务器处理完请求后立刻按照主动正常关闭连接。这个场景下,会出现大量socket处于TIMEWAIT状态。如果客户端的并发量持续很高,此时部分客户端就会显示连接不上。
我来解释下这个场景。主动正常关闭TCP连接,都会出现TIMEWAIT。为什么我们要关注这个高并发短连接呢?有两个方面需要注意:
① 高并发可以让服务器在短时间范围内同时占用大量端口,而端口有个0~65535的范围,并不是很多,刨除系统和其他服务要用的,剩下的就更少了。
②在这个场景中,短连接表示“业务处理+传输数据的时间 远远小于 TIMEWAIT超时的时间”的连接。这里有个相对长短的概念,比如,取一个web页面,1秒钟的http短连接处理完业务,在关闭连接之后,这个业务用过的端口会停留在TIMEWAIT状态几分钟,而这几分钟,其他HTTP请求来临的时候是无法占用此端口的。单用这个业务计算服务器的利用率会发现,服务器干正经事的时间和端口(资源)被挂着无法被使用的时间的比例是 1:几百,服务器资源严重浪费。(说个题外话,从这个意义出发来考虑服务器性能调优的话,长连接业务的服务就不需要考虑TIMEWAIT状态。同时,假如你对服务器业务场景非常熟悉,你会发现,在实际业务场景中,一般长连接对应的业务的并发量并不会很高)
综合这两个方面,持续的到达一定量的高并发短连接,会使服务器因端口资源不足而拒绝为一部分客户服务。
5.time_wait状态如何避免
首先服务器可以设置SO_REUSEADDR套接字选项来通知内核,如果端口忙,但TCP连接位于TIME_WAIT状态时可以重用端口。在一个非常有用的场景就是,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。
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