一台主机上只能保持最多 65535 个 TCP 连接吗？
大家好，我是老杨。
在知乎上刷到一个问题，叫做“一台主机上只能保持最多 65535 个 TCP 连接吗？”
关注度极高，想着咱们粉丝也一定有兴趣，就展开聊一聊。
对技术感兴趣，是做我们这一行必须要有的品质之一，但对技术有执念，想要一个个学深学透，是优秀的网工才会有的特点。
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01 趣说TCP那些事
说回正题，在聊这个问题之前，我需要先给小白们搞定一下基础概念。
到底什么是TCP？
你去随便百度一下，你就会收获到这一段话：
“TCP传输控制协议（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。”
看的云里雾里不要紧，我们转换成人话就能听上一听。
如果你想要和女朋友24小时联系，永远不分开，你就需要一个东西把你俩千里姻缘一线牵起来。
这个东西，可能是麻绳，可能是月老的红绳，可能是电话线，也可能是TCP协议。
TCP是面向连接的，也就是说，TCP的目的就是为了连接A和B，在这个层面上，它起到了“连接”作用。
如果仅仅是“连接”，还不能满足你和你女朋友“24小时联系，永远不分开”的要求。
毕竟，可能这绳子质量不好给整断了，月老一个不开心把你俩红绳给拆了，又或者是电话没信号了，都会影响你的稳定性需求。
那这时候，用TCP连接，就不会有这个问题，因为TCP连接的过程很坎坷，正因为坎坷，所以十分“可靠”。
这就是被人耳熟能详的“三次握手”、“四次挥手”。
网络环境十分复杂，接受的是来自四面八方全方位的包，将其送到准确的目的地，还要保证稳定的连接，是件很难的事情。
为了实现这个愿望，TCP不得不煞费苦心的经过3+4的握手挥手，保证一个数据顺利传递到对方那里。
从某个层面来说，山盟海誓都不如TCP传输的可靠性来的有价值。
最后，TCP的连接传输是基于字节流的，这句话怎么理解？
要知道哈，通过TCP发送出去的消息，是被操作系统拆分成一个一个的报文来发送的。
报文的内容不是完整的，要等所有的报文都到位，进行组装后，你才能收到一个完整的信息，最后让女朋友看到那句：“我好想你啊，出来吃饭吧！”
那么，TCP连接如此复杂，一台主机上真的能保持最多 65535 个 TCP 连接吗？
继续往下看。
02 TCP连接到底有啥弯弯绕绕的？
简单介绍完了TCP，你或许对TCP和他的连接方式产生了兴趣。
这里需要再给你延展两个概念，一个是第一点提及的“三次握手”，第二个“TCP四元组”，帮助我们更好回答文章开头的技术问题。
01 三次握手，怎么握的？
TCP的“三次握手”你可以理解为是TCP发功时所需要的仪式。
因为TCP常常用来发送大批量的数据，所以，为了提供可靠的的传送服务，TCP在发送数据之前，都需要用一种特定的顺序将数据包编号，并将这些数据包传送给目标，再确认消息。
当对应的程序收到数据后，确认收到也需要用到TCP。
其实，三次握手就是为了对每次发送的数据量进行跟踪与协商，确保数据段的发送和接收同步，根据所接收到的数据量而确认数据发送、接收完毕后何时撤消联系，并建立虚连接。
那说了半天，到底握手是怎么握？
Step 1
TCP客户端准备发送一个syn段，用来指明客户打算链接的服务器端口以及isn（初始序号）。那么这个syn就被称为“报文段1”。
Step 2
那么，接下来，TCP服务端就会发回包含TCP服务端isn的syn段（即报文段2）作为回应。与此同时，TCP服务端会将确认序号设置为TCP客户端的isn+1，以对TCP客户端的s y n报文段进行确认。
Step 3
最后，TCP客户端也必须将确认的序号设置为TCP服务端的isn+1，作为对TCP服务端syn报文段的确认（即报文段3）这三个报文段就代表了连接的建立，而这个过程，就是TCP的三次握手（three-wayhandshake）。
谢希仁版的《计算机网络》里说过，TCP的握手，其实是为了保证双方互相明确对方收发能力的最低值。两次太少，四次太多，三次正正好。
而且啊，其实不论握手多少次都不能确认一条信道是“可靠”的，但通过3次握手可以至少确认它是“可用”的，再往上加握手次数，其实就不过是提高“它是可用的”这个结论的可信程度。
而且严格来说，三次握手其实是双方各握手一次，然后各确认一次，其中，一次握手+确认是合并在一起的，这才是“三次”的由来。
02 TCP四元组
如何唯一确定一个 TCP 连接，这就不得不提到TCP 四元组这个概念，它可以唯一的确定一个连接。
到底啥是TCP四元组？
四元组包括：源地址、源端口、目的地址、目的端口。
其中，源地址和目的地址的字段（32 位）是在 IP 头部中，作用是通过 IP 协议发送报文给对方主机。
源端口和目的端口的字段（16 位）是在 TCP 头部中，作用是告诉 TCP 协议应该把报文发给哪个进程。
通过TCP四元组，你才能标识到一个TCP连接数：{localip, localport,remoteip,remoteport} = {本地ip，本地port，远程ip，远程port}
所以，整体过程应该是：
server事先在某个固定端口监听，client主动发起连接，经过三次握手后建立tcp连接。
接下来，确定了单位值，也确定了连接过程，我们就可以推算到底标题中的数字对还是不对了。
03 一台主机上只能保持最多 65535 个 TCP 连接吗？
先从这句话的字面意思去剖析，答案肯定是错误的。
因为，1个IP可能的确最多只能65535个连接，但是一台主机可以有多个IP，所以这句话本身是有一定歧义的。
再者，我们来聊这个65535次的问题。
要解释好这个问题，就要先说清楚65535这个数字到底从哪里来的。
在Linux系统中，如果两个设备要通信，相互之间就得建立TCP连接，为了让双方互相认识，Linux系统需要用TCP四元组来唯一标识一个TCP连接。
IP和端口就相当于小区地址和门牌号，只有拿到这些信息，通信的双方才能互相认知。
在Linux系统中，表示端口号（port）的变量占16位，这就决定了端口号最多有2的16次方个，即65536个，另外端口0有特殊含义不给使用，这样每个服务器最多就有65535个端口可用。
所以，65535代表Linux系统支持的TCP端口号数量，在TCP建立连接时会使用。
但是，一般的系统里 1024 以下的端口都是保留的，所以没法用。可用的大约就是64000个。
这仅仅是端口数量，和连接数是有区别的，实际上客户端可以发出的连接远远不止这个数。
Linux服务器在交互时，一般有两种身份：客户端或者服务器端。
端口port主要用在服务器和客户端的“握手认识”过程，一旦互相认识了，就会生成新的socket进行通信。
这时候port就不再需要了，可以给别的socket通信去使用，所以很明显TCP连接的数量可以大于TCP端口号的数量65,535。
客户端 IP 和 端口是可变的，理论值计算公式就是：最大TCP连接数=客户端的IP数 x 客户端的端口数
对 IPv4，客户端的 IP 数最多为 2 的 32 次方，客户端的端口数最多为 2 的 16 次方，也就是服务端单机最大 TCP 连接数，约为 2 的 48 次方。
当然，服务端最大并发 TCP 连接数远不能达到理论上限，会受很多因素影响，比如文件描述符限制和内存限制等。
看到这里，你是否有所收获？
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