聊点TCP干货

在建立TCP连接时，需要经过三次交互，也成为三次握手(HandShake)。

• 客户端发起连接请求，发送 SYN包(SYN=i)到服务器，并进入到SYN-SEND状态，等待服务器确认
• 服务器收到SYN包后，必须确认客户的 SYN(ack=i+1)，同时自己也发送一个SYN包(SYN=k)，即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN-RECV状态
• 客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认报ACK(ack=k+1)，此后客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，双方可以开始传送数据。

在谈论三次握手的时候，有几个问题是需要关注的：

问题1. 为什么是三次握手

这个问题在技术面试时屡试不爽，原话是能不能两次，或者是四次握手呢?

答案就是，TCP 是可靠的传输，在建立连接时就应该经过两端的确认过程，如上面的流程，

只有在三次握手的情况下，客户端和服务端都经过了一次真正(SYN+ACK)的确认过程。这样的连接便认为是可信的。

此外，如果仅仅只是两次握手，一旦网络不稳定造成 SYN 包重传则会直接导致重复建立连接，浪费资源。

问题2. 什么是syn flood攻击

syn flood 是一种经典的 ddos攻击手段，这里面用到了TCP 三次握手存在的漏洞。

在上面的图中，可以看到当服务端接收到 SYN 后进入 SYN-RECV 状态，此时的连接称为半连接，同时会被服务端写入一个 半连接队列。

想象一下，如果攻击者在短时间内不断的向服务端发送大量的 SYN 包而不响应，那么服务器的 半连接队列很快会被写满，从而导致无法工作。

实现 syn flood 的手段，可以通过伪造源 IP 的方式，这样服务器的响应就永远到达不了客户端(握手无法完成);

当然，通过设定客户端防火墙规则也可以达到同样的目的。

对 syn flood 实现拦截是比较困难的，可以通过启用 syn_cookies 的方式实现缓解，但这通常不是最佳方案。

最好的办法是通过专业的防火墙来解决，基本上所有的云计算大T 都具备这个能力。

问题3. 半连接队列和全连接队列如何调优

这里提到了一个"半连接队列"(syns queue)，与其对应的还有一个 "全连接队列"(accept queue)

前者用于暂存未建立完全的连接，后者是连接在成功建立后进入的一个队列。

半连接队列默认大小可以通过内核参数调整：

echo 4096 >  /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog 

黑板：tcpmaxsynbacklog 在 syncookies 开启时是无效的，这两个选项存在冲突

对于全连接队列，如果服务器未能及时通过 accept 调用将其中的连接取走，会导致队列溢出(连接失效)

全连接队列的大小的内核调优方式：

echo  4096 >  /proc/ sys/net/core/somaxconn 

那么，是不是只有内核调优这种方法能影响这两个参数呢?答案是否定的。

实际上，在应用层调用 socket listen 时也支持设置一个 backlog参数，这几个之间的关系如下：

半连接队列长度 = min(backlog，内核 net.core.somaxconn，内核 tcp_max_syn_backlog) 
全连接队列长度 = min(backlog，内核 net.core.somaxconn) 

黑板：一般的应用服务器如 netty、tomcat 都支持设置 backlog 参数，但是在真正进行调优时还需要配合考虑内核参数的配置。

五、 四次挥手

在释放连接时，由于TCP是全双工的，因此最后要由两端分别进行关闭，这个流程如下：

• 客户端发送一个FIN，用来关闭客户端到服务器的数据传送，客户端进入FINWAIT1状态。
• 服务器收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认序号为收到序号+1(与SYN相同，一个FIN占用一个序号)，服务器进入CLOSEWAIT状态，而客户端进入FINWAIT2状态。
• 服务器发送一个FIN，用来关闭服务器到客户端的数据传送，服务器进入LASTACK状态。
• 客户端收到FIN后，客户端进入TIMEWAIT状态，接着发送一个ACK给服务器，确认序号为收到序号+1，服务器进入CLOSED状态，完成释放。

关闭连接有主动关闭和被动关闭一说，这里为了简化理解，我们以客户端作为主动关闭方，服务器为被动关闭方。

四次挥手需要关注的问题：

问题1. 为什么是四次挥手

发送FIN的一方就是主动关闭(客户端)，而另一方则为被动关闭(服务器)。

当一方发送了FIN，则表示在这一方不再会有数据的发送。

其中当被动关闭方受到对方的FIN时，此时往往可能还有数据需要发送过去，因此无法立即发送FIN(也就是无法将FIN与ACK合并发送)，

而是在等待自己的数据发送完毕后再单独发送FIN，因此整个过程需要四次交互。

问题2. 什么是半关闭

客户端在收到第一个FIN的ACK响应后，会进入FINWAIT2 状态时，此时服务器处于 CLOSEWAIT状态，这种状态就称之为半关闭。

从半关闭到全关闭，需要等待第二次FIN的确认才算结束。此时，客户端要等到服务器的FIN才能进入TIMEWAIT，

如果对方迟迟不发送FIN呢，则会等待一段时间后超时，这个可以通过内核参数tcpfin_timeout控制，默认是60s。

问题3. 为什么服务器会有大量 closewait

半关闭的状态下的服务器连接会处于 closewait 状态，直到服务器发送了FIN。

（编辑：衡阳站长网）

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