TIME_WAIT 过多造成的问题

1、 time_wait的作用：

TIME_WAIT状态存在的理由：
1）可靠地实现TCP全双工连接的终止
   在进行关闭连接四次挥手协议时，
   最后的ACK是由主动关闭端发出的，
   如果这个最终的ACK丢失，服务器将重发最终的FIN，
因此客户端必须维护状态信息允许它重发最终的ACK。如果不维持这个状态信息，
那么客户端将响应RST分节，服务器将此分节解释成一个错误（在java中会抛出connection reset的SocketException)。
因而，要实现TCP全双工连接的正常终止，
必须处理终止序列四个分节中任何一个分节的丢失情况，
主动关闭的客户端必须维持状态信息进入TIME_WAIT状态。
 
2）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。
为了避免这个情况，TCP不允许处于TIME_WAIT状态的连接启动一个新的化身，
因为TIME_WAIT状态持续2MSL，就可以保证当成功建立一个TCP连接的时候，
来自连接先前化身的重复分组已经在网络中消逝。

2、大量TIME_WAIT造成的影响：

在高并发短连接的TCP服务器上，当服务器处理完请求后立刻主动正常关闭连接。
这个场景下会出现大量socket处于TIME_WAIT状态。
如果客户端的并发量持续很高，
此时部分客户端就会显示连接不上。
我来解释下这个场景。
主动正常关闭TCP连接，都会出现TIMEWAIT。

 

为什么我们要关注这个高并发短连接呢？有两个方面需要注意：

1. 高并发可以让服务器在短时间范围内同时占用大量端口，
2. 而端口有个0~65535的范围，并不是很多，
3. 刨除系统和其他服务要用的，剩下的就更少了。

4. 在这个场景中，短连接表示“业务处理+传输数据的时间 
5. 远远小于 TIMEWAIT超时的时间”的连接。

      这里有个相对长短的概念，比如取一个web页面，1秒钟的http短连接处理完业务，在关闭连接之后，
      这个业务用过的端口会停留在TIMEWAIT状态几分钟，而这几分钟，
      其他HTTP请求来临的时候是无法占用此端口的(占着茅坑不拉翔)。

单用这个业务计算服务器的利用率会发现，
服务器干正经事的时间和端口（资源）被挂着无法被使用的时间的比例是 
1：几百，服务器资源严重浪费。（说个题外话，从这个意义出发来考虑服务器性能调优的话，
长连接业务的服务就不需要考虑TIMEWAIT状态。
同时，假如你对服务器业务场景非常熟悉，你会发现
，在实际业务场景中，一般长连接对应的业务的并发量并不会很高。

     综合这两个方面，持续的到达一定量的高并发短连接，
     会使服务器因端口资源不足而拒绝为一部分客户服务。
     同时，这些端口都是服务器临时分配，无法用SO_REUSEADDR选项解决这个问题

关于time_wait的思考：

存在即是合理的，既然TCP协议能盛行四十多年，就证明他的设计合理性。
所以我们尽可能的使用其原本功能。
依靠TIME_WAIT状态来保证我的服务器程序健壮，服务功能正常。
那是不是就不要性能了呢？并不是。
如果服务器上跑的短连接业务量到了我真的必须处理这个TIMEWAIT状态过多的问题的时候，
我的原则是尽量处理，而不是跟TIMEWAIT干上，非先除之而后快。
如果尽量处理了，还是解决不了问题，
仍然拒绝服务部分请求，那我会采取负载均衡来抗这些高并发的短请求。
持续十万并发的短连接请求，两台机器，每台5万个，应该够用了吧。
一般的业务量以及国内大部分网站其实并不需要关注这个问题，
一句话，达不到时才需要关注这个问题的访问量。

课外小知识点

TCP协议发表：1974年12月，卡恩、瑟夫的第一份TCP协议详细说明正式发表。
当时美国国防部与三个科学家小组签定了完成TCP/IP的协议，结果由瑟夫领衔的小组捷足先登，
首先制定出了通过详细定义的TCP/IP协议标准。
当时作了一个试验，将信息包通过点对点的卫星网络，再通过陆地电缆
，再通过卫星网络，再由地面传输，贯串欧洲和美国，经过各种电脑系统，
全程9.4万公里竟然没有丢失一个数据位，远距离的可靠数据传输证明了TCP/IP协议的成功。

3、实例分析：

netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}' 

TIME_WAIT 8535  
CLOSE_WAIT 5  
FIN_WAIT2 20  
ESTABLISHED 248  
LAST_ACK 14

名词解析：

CLOSED：无连接是活动的或正在进行  
LISTEN：服务器在等待进入呼叫  
SYN_RECV：一个连接请求已经到达，等待确认  
SYN_SENT：应用已经开始，打开一个连接  
ESTABLISHED：正常数据传输状态  
FIN_WAIT1：应用说它已经完成  
FIN_WAIT2：另一边已同意释放  
ITMED_WAIT：等待所有分组死掉  
CLOSING：两边同时尝试关闭  
TIME_WAIT：另一边已初始化一个释放  
LAST_ACK：等待所有分组死掉

4 解决办法 修改内核参数

vi /etc/sysctl.conf  
net.ipv4.tcp_syncookies = 1  
net.ipv4.tcp_tw_reuse=1 #让TIME_WAIT状态可以重用，这样即使TIME_WAIT占满了所有端口，也不会拒绝新的请求造成障碍 默认是0  
net.ipv4.tcp_tw_recycle=1 #让TIME_WAIT尽快回收 默认0  
net.ipv4.tcp_fin_timeout=30  
/sbin/sysctl -p 让修改生效

测试查看结果

netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'

    TIME_WAIT 69  
    CLOSE_WAIT 4  
    FIN_WAIT2 15  
    ESTABLISHED 236  
    LAST_ACK 1  

打完收工，最帅的coder 已经三联！ 希望能够帮到你！