TCP TIME_WAIT状态

TCP TIME_WAIT状态

  Q: 我正在写一个unix server程序，不是daemon，经常需要在命令行上重启它，绝大
多数时候工作正常，但是某些时候会报告"bind: address in use"，于是重启失
败。

A: Andrew Gierth
server程序总是应该在调用bind()之前设置SO_REUSEADDR套接字选项。至于
TIME_WAIT状态，你无法避免，那是TCP协议的一部分。

Q: 如何避免等待60秒之后才能重启服务

A: Erik Max Francis

使用setsockopt，比如

--------------------------------------------------------------------------
int option = 1;

if ( setsockopt ( masterSocket, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &option,
sizeof( option ) ) < 0 )
{
die( "setsockopt" );
}
--------------------------------------------------------------------------

Q: 编写 TCP/SOCK_STREAM 服务程序时，SO_REUSEADDR到底什么意思？

A: 这个套接字选项通知内核，如果端口忙，但TCP状态位于 TIME_WAIT ，可以重用
端口。如果端口忙，而TCP状态位于其他状态，重用端口时依旧得到一个错误信息，
指明"地址已经使用中"。如果你的服务程序停止后想立即重启，而新套接字依旧
使用同一端口，此时 SO_REUSEADDR 选项非常有用。必须意识到，此时任何非期
望数据到达，都可能导致服务程序反应混乱，不过这只是一种可能，事实上很不
可能。

一个套接字由相关五元组构成，协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端
口。SO_REUSEADDR 仅仅表示可以重用本地本地地址、本地端口，整个相关五元组
还是唯一确定的。所以，重启后的服务程序有可能收到非期望数据。必须慎重使
用 SO_REUSEADDR 选项。

Q: 在客户机/服务器编程中(TCP/SOCK_STREAM)，如何理解TCP自动机 TIME_WAIT 状
态？

A: W. Richard Stevens <1999年逝世，享年49岁>

下面我来解释一下 TIME_WAIT 状态，这些在<>
中2.6节解释很清楚了。

MSL(最大分段生存期)指明TCP报文在Internet上最长生存时间，每个具体的TCP实现
都必须选择一个确定的MSL值。RFC 1122建议是2分钟，但BSD传统实现采用了30秒。

TIME_WAIT 状态最大保持时间是2 * MSL，也就是1-4分钟。

IP头部有一个TTL，最大值255。尽管TTL的单位不是秒(根本和时间无关)，我们仍需
假设，TTL为255的TCP报文在Internet上生存时间不能超过MSL。

TCP报文在传送过程中可能因为路由故障被迫缓冲延迟、选择非最优路径等等，结果
发送方TCP机制开始超时重传。前一个TCP报文可以称为"漫游TCP重复报文"，后一个
TCP报文可以称为"超时重传TCP重复报文"，作为面向连接的可靠协议，TCP实现必须
正确处理这种重复报文，因为二者可能最终都到达。

一个通常的TCP连接终止可以用图描述如下：

client server
FIN M
close -----------------> (被动关闭)
ACK M+1
<-----------------
FIN N
<----------------- close
ACK N+1
----------------->

为什么需要 TIME_WAIT 状态？

假设最终的ACK丢失，server将重发FIN，client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server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)，client必须进入 TIME_WAIT 状态，因为client可能面
临重发最终ACK的情形。

{
scz 2001-08-31 13:28

先调用close()的一方会进入TIME_WAIT状态
}

此外，考虑一种情况，TCP实现可能面临先后两个同样的相关五元组。如果前一个连
接处在 TIME_WAIT 状态，而允许另一个拥有相同相关五元组的连接出现，可能处理
TCP报文时，两个连接互相干扰。使用 SO_REUSEADDR 选项就需要考虑这种情况。

为什么 TIME_WAIT 状态需要保持 2MSL 这么长的时间？

如果 TIME_WAIT 状态保持时间不足够长(比如小于2MSL)，第一个连接就正常终止了。
第二个拥有相同相关五元组的连接出现，而第一个连接的重复报文到达，干扰了第二
个连接。TCP实现必须防止某个连接的重复报文在连接终止后出现，所以让TIME_WAIT
状态保持时间足够长(2MSL)，连接相应方向上的TCP报文要么完全响应完毕，要么被
丢弃。建立第二个连接的时候，不会混淆。

A: 小四

在Solaris 7下有内核参数对应 TIME_WAIT 状态保持时间

# ndd -get /dev/tcp tcp_time_wait_interval
240000
# ndd -set /dev/tcp tcp_time_wait_interval 1000

缺省设置是240000ms，也就是4分钟。如果用ndd修改这个值，最小只能设置到1000ms，
也就是1秒。显然内核做了限制，需要Kernel Hacking。

# echo "tcp_param_arr/W 0t0" | adb -kw /dev/ksyms /dev/mem
physmem 3b72
tcp_param_arr: 0x3e8 = 0x0
# ndd -set /dev/tcp tcp_time_wait_interval 0

我不知道这样做有什么灾难性后果，参看<>的声明。

Q: TIME_WAIT 状态保持时间为0会有什么灾难性后果？在普遍的现实应用中，好象也
就是服务器不稳定点，不见得有什么灾难性后果吧？

D: [email protected]

Linux 内核源码 /usr/src/linux/include/net/tcp.h 中

#define TCP_TIMEWAIT_LEN (60*HZ) /* how long to wait to successfully
* close the socket, about 60 seconds */

最好不要改为0，改成1。端口分配是从上一次分配的端口号+1开始分配的，所以一般
不会有什么问题。端口分配算法在tcp_ipv4.c中tcp_v4_get_port中。