TIME_WAIT相关知识

四次挥手

这是TCP四次握手的过程图。
TCP 连接终止时，主机 1 先发送 FIN 报文，主机 2 进入 CLOSE_WAIT 状态，并发送一个 ACK 应答，同时，主机 2 通过 read 调用获得 EOF，并将此结果通知应用程序进行主动关闭操作，发送 FIN 报文。主机 1 在接收到 FIN 报文后发送 ACK 应答，此时主机 1 进入 TIME_WAIT 状态。
主机 1 在 TIME_WAIT 停留持续时间是固定的，是最长分节生命期 MSL（maximum segment lifetime）的两倍，一般称之为 2MSL。和大多数 BSD 派生的系统一样，Linux 系统里有一个硬编码的字段，名称为TCP_TIMEWAIT_LEN，在CentOS 7中可以通过cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout看到是60。

也就是说，Linux 系统停留在 TIME_WAIT 的时间为固定的 60 秒。
请记住只有发起连接终止的一方会进入 TIME_WAIT 状态。

TIME_WAIT 的作用

1.为了确保最后的 ACK 能让被动关闭方接收，从而帮助其正常关闭。

如果主机 1 没有维护TIME_WAIT状态，而直接进入CLOSED状态，它就失去了当前状态的上下文，只能回复一个RST操作，从而导致被动关闭方出现错误。
现在主机 1 知道自己处于TIME_WAIT的状态，就可以在接收到FIN报文之后，重新发出一个 ACK报文，使得主机 2 可以进入正常的CLOSED状态。

2. 防止上一次连接中的包，迷路后重新出现，影响新连接

我们知道，在网络中，经常会发生报文经过一段时间才能到达目的地的情况，产生的原因是多种多样的，如路由器重启，链路突然出现故障等。如果迷走报文到达时，发现 TCP 连接四元组（源 IP，源端口，目的 IP，目的端口）所代表的连接不复存在，那么很简单，这个报文自然丢弃。
允许老的重复分节在网络中消逝 TCP分节可能由于路由器异常而“迷途”，在迷途期间，TCP发送端可能因确认超时而重发这个分节，迷途的分节在路由器修复后也会被送到最终目的地，这个原来的迷途分节就称为lost duplicate。 在关闭一个TCP连接后，马上又重新建立起一个相同的IP地址和端口之间的TCP连接，后一个连接被称为前一个连接的化身（incarnation)。那么有可能出现这种情况，前一个连接的迷途重复分组在前一个连接终止后出现，从而被误解成从属于新的化身，那么这个报文会被误认为是连接“化身”的一个 TCP 分节，这样就会对 TCP 通信产生影响——有可能把原连接的“化身”（新连接）给关闭。

经过 2MSL 这个时间，足以让两个方向上的分组都被丢弃，使得原来连接的分组在网络中都自然消失，再出现的分组一定都是新化身所产生的。

2MSL 的时间是从主机 1 接收到 FIN 后发送 ACK 开始计时的；如果在 TIME_WAIT 时间内，因为主机 1 的 ACK 没有传输到主机 2，主机 1 又接收到了主机 2 重发的 FIN 报文，那么 2MSL 时间将重新计时。道理很简单，因为 2MSL 的时间，目的是为了让旧连接的所有报文都能自然消亡，现在主机 1 重新发送了 ACK 报文，自然需要重新计时，以便防止这个 ACK 报文对新可能的连接化身造成干扰。

TIME_WAIT 的危害

过多的 TIME_WAIT 的主要危害有两种:

第一是内存资源占用，这个目前看来不是太严重，基本可以忽略。
第二是对端口资源的占用，一个 TCP 连接至少消耗一个本地端口。要知道，端口资源也是有限的，一般可以开启的端口为 32768～61000 ，也可以通过net.ipv4.ip_local_port_range指定，如果 TIME_WAIT 状态过多，会导致无法创建新连接。

TIME_WAIT过多的解决方法

解决方法有以下几种：

1.一个暴力的方法是通过 sysctl 命令，将系统值net.ipv4.tcp_max_tw_buckets调小。
2.调低 TCP_TIMEWAIT_LEN，重新编译系统
3.我们可以通过设置套接字选项，来设置调用 close 或者 shutdown 关闭连接时的行为，使用使用到的函数是int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen)，具体的设置方法可以看一下《网络编程实战》
4.使用net.ipv4.tcp_tw_reuse选项。

此文章为11月Day 2学习笔记，内容来源于极客时间《网络编程实战》。