TCP/IP 内核参数优化

注:熟练掌握TCP/IP 各连接与中断流程,及状态变化;有利网络设置与系统内核TCP连接参数的优化.

TCP正常建立和关闭的状态变化

TCP连接的建立可以简单的称为三次握手，而连接的中止则可以叫做 四次握手。

建立连接 

在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+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；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据，也就是ESTABLISHED状态。 

结束连接

    TCP有一个特别的概念叫做half-close，这个概念是说，TCP的连接是全双工（可以同时发送和接收）连接，因此在关闭连接的时候，必须关闭传和送两个方向上的连接。客户机给服务器一个FIN为1 的TCP报文，然后服务器返回给客户端一个确认ACK报文，并且发送一个FIN报文，当客户机回复ACK报文后（四次握手），连接就结束了。

TCP状态变迁图

 

这是一个看起来比较复杂的状态迁移图，因为它包含了两个部分---服务器的状态迁移和客户端的状态迁移，如果从某一个 角度出发来看这个图，就会清晰许多，这里面的服务器和客户端都不是绝对的，发送数据的就是客户端，接受数据的就是服务器。

客户端的状态可以用如下的流程来表示：

CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED

以上流程是在程序正常的情况下应该有的流程，从书中的图中可以看到，在建立连接时，当客户端收到SYN报文的ACK以后，客户端就打开了数据交互地 连接。而结束连接则通常是客户端主动结束的，客户端结束应用程序以后，需要经历FIN_WAIT_1，FIN_WAIT_2等状态，这些状态的迁移就是前 面提到的结束连接的四次握手。

服务器的状态可以用如下的流程来表示：

CLOSED->LISTEN->SYN收到 ->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED

在建立连接的时候，服务器端是在第三次握手之后才进入数据交互状态，而关闭连接则是在关闭连接的第二次握手以后（注意不是第四次）。而关闭以后还要 等待客户端给出最后的ACK包才能进入初始的状态。

其他状态迁移

书中的图还有一些其他的状态迁移，这些状态迁移针对服务器和客户端两方面的总结如下

1. LISTEN->SYN_SENT，对于这个解释就很简单了，服务器有时候也要打开连接的嘛。
2. SYN_SENT->SYN收到，服务器和客户端在SYN_SENT状态下如果收到SYN数据报，则都需要发送SYN的ACK数据报并把自己的状态 调整到SYN收到状态，准备进入ESTABLISHED
3. SYN_SENT->CLOSED，在发送超时的情况下，会返回到CLOSED状态。
4. SYN_收到->LISTEN，如果受到RST包，会返回到LISTEN状态。
5. SYN_收到->FIN_WAIT_1，这个迁移是说，可以不用到ESTABLISHED状态，而可以直接跳转到FIN_WAIT_1状态并等待关 闭。

2MSL等待状态

书中给的图里面，有一个TIME_WAIT等待状态，这个状态又叫做2MSL状态，说的是在TIME_WAIT2发送了最后一个ACK数据报以后， 要进入 TIME_WAIT状态，这个状态是防止最后一次握手的数据报没有传送到对方那里而准备的（注意这不是四次握手，这是第四次握手的保险状态）。这个状态在 很大程度上保证了双方都可以正常结束，但是，问题也来了。

由于插口的2MSL状态（插口是IP和端口对的意思，socket），使得应用程序在2MSL时间内是无法再次使用同一个插口的，对于客户程序还好 一些，但是对于服务程序，例如httpd，它总是要使用同一个端口来进行服务，而在 2MSL时间内，启动httpd就会出现错误（插口被使用）。为了避免这个错误，服务器给出了一个平静时间的概念，这是说在2MSL时间内，虽然可以重新 启动服务器，但是这个服务器还是要平静的等待2MSL时间的过去才能进行下一次连接。

FIN_WAIT_2状态

这就是著名的半关闭的状态了，这是在关闭连接时，客户端和服务器两次握手之后的状态。在这个状态下，应用程序还有接受数据的能力，但是已经无法发送 数据，但是也有一种可能是，客户端一直处于FIN_WAIT_2状态，而服务器则一直处于WAIT_CLOSE状态，而直到应用层来决定关闭这个状态

RST，同时打开和同时关闭

RST是另一种关闭连接的方式，应用程序应该可以判断RST包的真实性，即是否为异常中止。而同时打开和同时关闭则是两种特殊的TCP状态，发生的 概率很小。

TCP各连接状态解释：

LISTEN：侦听来自远方端口的连接请求

SYN-SENT：再次发送连接请求后等待匹配的连接请求

SYN-RECEIVE：再次收到和发送一个连接请求后等待对方连接诶请求的确认

ESTABLISHED：代表一个打开的连接

FIN-WAIT-1：等待远程TCP连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认

FIN-WAIT-2：从远程TCP等待连接中断请求

CLOSE-WAIT：等待从本地用户发来的连接中断请求

CLOSEING：等待远程TCP对连接中断的确认

LAST-ACK：等待原来的发向远程TCP的连接中断请求的确认

TIME-WAIT：等待足够的时间以确保远程TCP接收到中断请求的确认

CLOSED：没有任何连接状态

LINUX 系统内核TCP连接参数详解

　　所有的TCP/IP参数都位于/proc/sys/net目录下面:

/proc/sys/net/ipv4/tcp_mem    确定TCP栈应该如何反映内存使用，每个值的单位都是内存页（通常是4KB）.第一个值是内存使用的下限；第二个值是内存压力模式开始对缓冲区使用应用压力的上限；

第三个值是内存使用的上限.在这个层次上可以将报文丢弃，从而减少对内存的使用.对于较大的BDP可以增大这些值（注意，其单位是内存页而不是字节）   调整后:   131072  262144  524288

/proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem      为自动调优定义socket使用的内存.第一个值是为socket接收缓冲区分配的最少字节数；第二个值是默认值（该值会被rmem_default覆盖），缓冲区在系统负载不重的情况下可以增长到这个值；第三个值是接收缓冲区空间的最大字节数（该值会被rmem_max覆盖）    调整后:   8760  256960  4088000

/proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem    为自动调优定义socket使用的内存.第一个值是为socket发送缓冲区分配的最少字节数；第二个值是默认值（该值会被wmem_default覆盖），缓冲区在系统负载不重的情况下可以增长到这个值；第三个值是发送缓冲区空间的最大字节数（该值会被wmem_max覆盖） 调整后:8760  256960  4088000

/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time    TCP发送keepalive探测消息的间隔时间（秒），用于确认TCP连接是否有效    调整后:1800

/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl     探测消息未获得响应时，重发该消息的间隔时（秒）.  调整后:30

/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes      在认定TCP连接失效之前，最多发送多少个keepalive探测消息.  调整后:3

/proc/sys/net/ipv4/tcp_sack    启用有选择的应答（1表示启用），通过有选择地应答乱序接收到的报文来提高性能，让发送者只发送丢失的报文段，（对于广域网通信来说）这个选项应该启用，但是会增加对CPU的占用. 调整后:1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_fack     启用转发应答，可以进行有选择应答（SACK）从而减少拥塞情况的发生，这个选项也应该启用.   调整后: 1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps     TCP时间戳（会在TCP包头增加12个字节），以一种比重发超时更精确的方法（参考RFC 1323）来启用对RTT 的计算，为实现更好的性能应该启用这个选项.  调整后: 1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_window_scaling    启用RFC 1323定义的window scaling，要支持超过64KB的TCP窗口，必须启用该值（1表示启用），TCP窗口最大至1GB，TCP连接双方都启用时才生效. 调整后: 1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies     表示是否打开TCP同步标签（syncookie），内核必须打开了CONFIG_SYN_COOKIES项进行编译，同步标签可以防止一个套接字在有过多试图连接到达时引起过载.  调整后: 1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_reuse       表示是否允许将处于TIME-WAIT状态的socket（TIME-WAIT的端口）用于新的TCP连接   调整后: 1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle      能够更快地回收TIME-WAIT套接字.  调整后: 1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout      对于本端断开的socket连接，TCP保持在FIN-WAIT-2状态的时间（秒）.对方可能会断开连接或一直不结束连接或不可预料的进程死亡. 调整后: 30

/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range     表示TCP/UDP协议允许使用的本地端口号    调整后: 1024  65000

/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog      对于还未获得对方确认的连接请求，可保存在队列中的最大数目.如果服务器经常出现过载，可以尝试增加这个数字.  调整后: 2048

/proc/sys/net/ipv4/tcp_low_latency     允许TCP/IP栈适应在高吞吐量情况下低延时的情况，这个选项应该禁用.   调整后: 0

/proc/sys/net/ipv4/tcp_westwood      启用发送者端的拥塞控制算法，它可以维护对吞吐量的评估，并试图对带宽的整体利用情况进行优化，对于WAN 通信来说应该启用这个选项.  调整后: 0

/proc/sys/net/ipv4/tcp_bic       为快速长距离网络启用Binary Increase Congestion，这样可以更好地利用以GB速度进行操作的链接，对于WAN通信应该启用这个选项.  调整后: 1

写入/etc/sysctl.conf 配置文件:

net.ipv4.tcp_mem = 131072  262144  524288

net.ipv4.tcp_rmem = 8760  256960  4088000

net.ipv4.tcp_wmem = 8760  256960  4088000

net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1800

net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 30

net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 3

net.ipv4.tcp_sack = 1

net.ipv4.tcp_fack = 1

net.ipv4.tcp_timestamps = 1

net.ipv4.tcp_window_scaling = 1

net.ipv4.tcp_syncookies = 1

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

net.ipv4.ip_local_port_range = 1024  65000

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 2048

.......更多的参数优化需要进一步去挖掘.....

保存文件，使用命令“/sbin/sysctl –p”使之立即生效.