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关闭TCP连接时为什么会TIME

2020-6-30 00:22| 投稿: xiaotiger |来自: 互联网


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摘要: 最近一段时间一直在学习阅读mina和nio的源码,也发现了一些问题无法解决,然后重读了一下tcp协议,收获颇多。(这就是带着问题去读书的好处)这次就和大家分享一下我们的netframework服务总会抛出一个“connet reset by peer”的原因吧。通过抓包工具分析,主动关闭方直接发送了一个RST flags, ...

1、前言


最近一段时间一直在学习阅读mina和nio的源码,也发现了一些问题无法解决,然后重读了一下tcp协议,收获颇多。(这就是带着问题去读书的好处)
这次就和大家分享一下我们的netframework服务总会抛出一个“connet reset by peer”的原因吧。通过抓包工具分析,主动关闭方直接发送了一个RST flags,而非FIN,就终止连接了。
如下图所示:

2、为什么调用sokcet的close时只通过一次握手就终结连接了?


要分析这个原因那就得从关闭连接程的四次握手,有时也会是三次握手,说起。
如下图所示:


大家都知道tcp正常的关闭连接要经过四次握手,如下所示:


(详见《TCP/IP详解 卷1:协议 - 18.6 TCP的状态变迁图》)
在这四次握手状态中,有一个特别要注意的状态TIME_WAIT。这个状态是主动关闭方在收到被关闭方的FIN后会处于并长期(2个MSL时间,根据具体的实现不同,这个值会不同,在RFC 1122建议MSL=2分钟,但在Berkeley的实现上使用的值为30s,具体可以看www.rfc.net,要是没有耐心去看英文的可以看这个网站www.cnpaf.net 里面有协议说明以及相应的源码,java源码中我没有发现这个值,我只能追踪到PlainSocketImpl.java这个类,再往下就是本地接口调用了,因此它是依赖本地操作系统的实现)处于的一个状态。也就是大约1-4分钟,然后由操作系统自动回收并将TCP连接设为CLOSED初始状态。
如下图所示:


(详见《TCP/IP详解 卷1:协议 - 18.6 TCP的状态变迁图》)
然而在socket的处于TIME_WAIT状态之后到它结束之前,该socket所占用的本地端口号将一直无法释放,因此服务在高并发高负载下运行一段时间后,就常常会出现做为客户端的程序无法向服务端建立新的socket连接的情况,过了1~4分钟之后,客户又可以连接上了,没多久又连接不上,再等1~4分钟之后又可以连接上。
上一个星期我们在做一个服务切换时遇到了这种情况:


这是因为服务方socket资源已经耗尽。netstat命令查看系统将会发现机器上存在大量处于TIME_WAIT状态的socket连接,我这边曾经出现达到了2w多个,并且占用大量的本地端口号。而此时机器上的可用本地端口号被占完,旧的大量处于TIME_WAIT状态的socket尚未被系统回收时,就会出现无法向服务端创建新的socket连接的情况。只能过2分钟之后等系统回收这些socket和端口资源之后才能服务,就这样往复下去。

3、TCP为什么要让这种TIME_WAIT状态存活这么久呢?


其原因有两个(参考stevens的unix网络编程卷1 第38页):

  • 可靠地实现TCP全双工连接的终止。(确保最后的ACK能让被关闭方接收);
  • 允许老的重复分节在网络中消逝。(TCP中是可靠的服务,当数据包丢失会重传,当有数据包迷路的情况下,如果不等待2MSL时,当客户端以同样地方式重新和服务建立连接后,上一次迷路的数据包这时可能会到达服务,这时会造成旧包被重新读取)。


unix网络编程卷1 第38页摘录如下:


4、实践中总结的解决方法


  • 1)推荐方法,只能治标不治本:
    重用本地端口设置SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT (stevens的unix网络编程卷1 第179~182页)有详情的讲解,这样就可以允许同一端口上启动同一服务器的多个实例。怎样理解呢?说白了就是即使socket断了,重新调用前面的socket函数不会再去占用新的一个,而是始终就是一个端口,这样防止socket始终连接不上,会不断地换新端口。Java 中通过调用Socket的setReuseAddress,详细可以查看java.net.Socket源码。【这个地方会有风险,具体可以看(stevens的unix网络编程卷1 第181页)】
  • 2)修改内核TIME_WAIT等待的值:
    如果客户端和服务器都在同个路由器下,这个是非常推荐的。(链路好,重传机率低)
  • 3)不推崇,但目前我们是这样做的:
    这个是造成(“connet reset by peer”)的元凶)设置SO_LINGER的值,java中是调用socket的 setSoLinger目前我们是设置为0的。设置为这个值的意思是当主动关闭方设置了setSoLinger(true,0)时,并调用close后,立该发送一个RST标志给对端,该TCP连接将立刻夭折,无论是否有排队数据未发送或未被确认。这种关闭方式称为“强行关闭”,而后套接字的虚电路立即被复位,尚未发出的所有数据都会丢失。而被动关闭方却不知道对端已经彻底断开。当被动关闭方正阻塞在recv()调用上时,接受到RST时,会立刻得到一个“connet reset by peer”的异常(即对端已经关闭),c中是返回一个EPEERRST错。


关于解决方法3的补充说明:
为什么不推崇这种方法(在 stevens的unix网络编程卷1 第173页 有详细的讲解):因为TIME_WAIT状态是我们的朋友,它是有助有我们的(也就是说,它会让旧的重复分节在网络中超时消失(当我们的链路越长,ISP复杂的情况下(从网通到教育网的ping包用了9000ms),重复的分节的比例是非常高的。))。而且我们主动关闭连接方大都是由客户端发起的(除了HTTP服务和异常),而且客户方一般都不会有持续的大并发请求。 因此对资源没有这么苛刻要求。


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