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详解TCP连接的状态与关闭方式及Winserver系统下的TCP参数优化

发布时间:2019-09-05 16:08 所属栏目:[教程] 来源:波波说运维
导读:副标题#e# 针对win上的TCP连接方式,说句实在的,设置和优化起来比linux麻烦多了,不过对于一些winserver上的服务器还是不得不去面对的一个问题,下面介绍下Windows系统下的TCP优化参数。 TCP连接的状态与关闭 1. TCP连接的状态 首先介绍一下TCP连接建立与

针对win上的TCP连接方式,说句实在的,设置和优化起来比linux麻烦多了,不过对于一些winserver上的服务器还是不得不去面对的一个问题,下面介绍下Windows系统下的TCP优化参数。

TCP连接的状态与关闭

1. TCP连接的状态

首先介绍一下TCP连接建立与关闭过程中的状态。TCP连接过程是状态的转换,促使状态发生转换的因素包括用户调用、特定数据包以及超时等,具体状态如下所示:

  • CLOSED:初始状态,表示没有任何连接。
  • LISTEN:Server端的某个Socket正在监听来自远方的TCP端口的连接请求。
  • SYN_SENT:发送连接请求后等待确认信息。当客户端Socket进行Connect连接时,会首先发送SYN包,随即进入SYN_SENT状态,然后等待Server端发送三次握手中的第2个包。
  • SYN_RECEIVED:收到一个连接请求后回送确认信息和对等的连接请求,然后等待确认信息。通常是建立TCP连接的三次握手过程中的一个中间状态,表示Server端的Socket接收到来自Client的SYN包,并作出回应。
  • ESTABLISHED:表示连接已经建立,可以进行数据传输。
  • FIN_WAIT_1:主动关闭连接的一方等待对方返回ACK包。若Socket在ESTABLISHED状态下主动关闭连接并向对方发送FIN包(表示己方不再有数据需要发送),则进入FIN_WAIT_1状态,等待对方返回ACK包,此后还能读取数据,但不能发送数据。在正常情况下,无论对方处于何种状态,都应该马上返回ACK包,所以FIN_WAIT_1状态一般很难见到。
  • FIN_WAIT_2:主动关闭连接的一方收到对方返回的ACK包后,等待对方发送FIN包。处于FIN_WAIT_1状态下的Socket收到了对方返回的ACK包后,便进入FIN_WAIT_2状态。由于FIN_WAIT_2状态下的Socket需要等待对方发送的FIN包,所有常常可以看到。若在FIN_WAIT_1状态下收到对方发送的同时带有FIN和ACK的包时,则直接进入TIME_WAIT状态,无须经过FIN_WAIT_2状态。
  • TIME_WAIT:主动关闭连接的一方收到对方发送的FIN包后返回ACK包(表示对方也不再有数据需要发送,此后不能再读取或发送数据),然后等待足够长的时间(2MSL)以确保对方接收到ACK包(考虑到丢失ACK包的可能和迷路重复数据包的影响),最后回到CLOSED状态,释放网络资源。
  • CLOSE_WAIT:表示被动关闭连接的一方在等待关闭连接。当收到对方发送的FIN包后(表示对方不再有数据需要发送),相应的返回ACK包,然后进入CLOSE_WAIT状态。在该状态下,若己方还有数据未发送,则可以继续向对方进行发送,但不能再读取数据,直到数据发送完毕。
  • LAST_ACK:被动关闭连接的一方在CLOSE_WAIT状态下完成数据的发送后便可向对方发送FIN包(表示己方不再有数据需要发送),然后等待对方返回ACK包。收到ACK包后便回到CLOSED状态,释放网络资源。
  • CLOSING:比较罕见的例外状态。正常情况下,发送FIN包后应该先收到(或同时收到)对方的ACK包,再收到对方的FIN包,而CLOSING状态表示发送FIN包后并没有收到对方的ACK包,却已收到了对方的FIN包。有两种情况可能导致这种状态:其一,如果双方几乎在同时关闭连接,那么就可能出现双方同时发送FIN包的情况;其二,如果ACK包丢失而对方的FIN包很快发出,也会出现FIN先于ACK到达。

TCP连接的状态转换如下图所示

详解TCP连接的状态与关闭方式及Winserver系统下的TCP参数优化

详解TCP连接的状态与关闭方式及Winserver系统下的TCP参数优化

2. TCP连接的关闭方式

建立TCP连接需要三次握手,而关闭连接则需要四次握手,并且分为主动关闭和被动关闭。这是由于TCP连接是全双工的,我关了你的连接,并不等于你关了我的连接,因此双方都必须单独进行关闭。当一方完成它的数据发送任务后可以发送FIN包来终止这个方向的连接,表明自己不再有数据需要发送;收到FIN包的那一方虽然不能再读取数据,但仍能发送数据。以Client主动关闭连接为例:

  • Client向Server发送FIN包,表示Client主动关闭连接,然后进入FIN_WAIT_1状态,等待Server返回ACK包。此后Client不能再向Server发送数据,但能读取数据。
  • Server收到FIN包后向Client发送ACK包,然后进入CLOSE_WAIT状态,此后Server不能再读取数据,但可以继续向Client发送数据。Client收到Server返回的ACK包后进入FIN_WAIT_2状态,等待Server发送FIN包。
  • Server完成数据的发送后,将FIN包发送给Client,然后进入LAST_ACK状态,等待Client返回ACK包,此后Server既不能读取数据,也不能发送数据。
  • Client收到FIN包后向Server发送ACK包,然后进入TIME_WAIT状态,接着等待足够长的时间(2MSL)以确保Server接收到ACK包,最后回到CLOSED状态,释放网络资源。Server收到Client返回的ACK包后便回到CLOSED状态,释放网络资源。

3. 对Server与Client的影响

由上面我们可以知道TIME_WAIT状态是一个比较难处理的问题,主动关闭连接的一方在发送最后一个ACK包后,无论对方是否收到都会进入TIME_WAIT状态,等待2MSL的时间,然后才能释放网络资源。

对于Client而言,每个连接都需要占用一个端口,而系统允许的可用端口数不足65000个(这也是在TCP参数优化后才能达到)。因此,如果Client发起过多的连接并主动关闭(假设没有重用端口或者连接多个Server),就会有大量的连接在关闭后处于TIME_WAIT状态,等待2MSL的时间后才能释放网络资源(包括端口),于是Client会由于缺少可用端口而无法新建连接。

对Server而言(特别是处理高并发短连接的Server),Server端与Client建立的连接是使用同一个端口的,即监听的端口,它要使用哈希表记录端口上的每个连接,并受到文件描述符的最大打开数的限制。所以,如果Server主动关闭连接,同样会有大量的连接在关闭后处于TIME_WAIT状态,等待2MSL的时间后才能释放网络资源

对于这种情况,有三种应对方式:

  • 试图让Client主动关闭连接,由于每个Client的并发量都比较低,因而不会产生性能瓶颈。
  • 优化Server的系统TCP参数,使其网络资源的最大值、消耗速度和恢复速度达到平衡。
  • 改写TCP协议,重新实现底层代码,不过该方式难度很大,而且系统的稳定性和安全性可能受到影响。

Windows系统下的TCP参数优化

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