CLOSE_WAIT和TIME_WAIT

 TCP状态转移要点
TCP协议规定,对于已经建立的连接,网络双方要进行四次握手才能成功断开连接,如果缺少了其中某个步骤,将会使连接处于假死状态,连接本身占用的资源不会被释放。网络服务器程序要同时管理大量连接,所以很有必要保证无用连接完全断开,否则大量僵死的连接会浪费许多服务器资源

客户端TCP状态迁移:
CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED
服务器TCP状态迁移:
CLOSED->LISTEN->SYN收到->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED
当客户端开始连接时,服务器还处于LISTENING,客户端发一个SYN包后,他就处于SYN_SENT状态,服务器就处于SYS收到状态,然后互相确认进入连接状态ESTABLISHED.

1、LISTENING状态
 服务启动后首先处于侦听(LISTENING)状态。

2、ESTABLISHED状态
 ESTABLISHED的意思是建立连接。表示两台机器正在通信。

3、CLOSE_WAIT

对方主动关闭连接或者网络异常导致连接中断,这时我方的状态会变成CLOSE_WAIT 此时我方要调用close()来使得连接正确关闭

4、TIME_WAIT

我方主动调用close()断开连接,收到对方确认后状态变为TIME_WAIT,缺省为240秒。TCP协议规定TIME_WAIT状态会一直持续2MSL(即两倍的分段最大生存期),以此来确保旧的连接状态不会对新连接产生影响。处于TIME_WAIT状态的连接占用的资源不会被内核释放,所以作为服务器,在可能的情况下,尽量不要主动断开连接,以减少TIME_WAIT状态造成的资源浪费。

目前有一种避免TIME_WAIT资源浪费的方法,就是关闭socket的LINGER选项。但这种做法是TCP协议不推荐使用的,在某些情况下这个操作可能会带来错误

断开连接的时候, 当发起主动关闭的左边这方发送一个FIN过去后,右边被动关闭的这方要回应一个ACK,这个ACK是TCP回应的,而不是应用程序发送的,此时,被动关闭的一方就处于CLOSE_WAIT状态了。如果此时被动关闭的这一方不再继续调用closesocket,那么他就不会发送接下来的FIN,导致自己老是处于CLOSE_WAIT。只有被动关闭的这一方调用了closesocket,才会发送一个FIN给主动关闭的这一 方,同时也使得自己的状态变迁为LAST_ACK。

出现大量CLOSE_WAIT的原因很简单,就是某一方在网络连接断开后,没有检测到这个错误,没有执行closesocket,导致了这个状态的实现,这在TCP/IP协议的状态变迁图上可以清楚看到。同时和这个相对应的还有一种叫TIME_WAIT的。一端的Socket调用close后,另一端的Socket没有调用close

另外,把SOCKET的SO_LINGER设置为0秒拖延(也就是立即关闭)在很多时候是有害处的。
还有,把端口设置为可复用是一种不安全的网络编程方法

当主动关闭的一方发送FIN到被动关闭这边后,被动关闭这边的TCP马上回应一个ACK过去,同时向上面应用程序提交一个ERROR,导 致上面的SOCKET的send或者recv返回SOCKET_ERROR,正常情况下,如果上面在返回SOCKET_ERROR后调用了closesocket,那么被动关闭的者一方的TCP就会发送一个FIN过去,自己的状态就变迁到LAST_ACK

虚线和实线分别对应服务器端(被连接端)和客户端端(主动连接端)。

结合上图使用netstat -na命令即可知道到当前的TCP连接状态。一般LISTEN、ESTABLISHED、TIME_WAIT是比较常见。

分析:

这个问题主要因为TCP的结束流程未走完,造成连接未释放。现设客户端主动断开连接,流程如下

Client 消息 Server

close()
------ FIN ------->
FIN_WAIT1 CLOSE_WAIT
<----- ACK -------
FIN_WAIT2
close()
<------ FIN ------
TIME_WAIT LAST_ACK

------ ACK ------->
CLOSED
CLOSED

如上图所示,由于Server的Socket在客户端已经关闭时而没有调用关闭,造成服务器端的连接处在“挂起”状态,而客户端则处在等待应答的状态上。此问题的典型特征是:一端处于FIN_WAIT2 ,而另一端处于CLOSE_WAIT

于基于TCP的HTTP协议,关闭TCP连接的是Server端,这样,Server端会进入TIME_WAIT状态,可 想而知,对于访问量大的Web Server,会存在大量的TIME_WAIT状态,假如server一秒钟接收1000个请求,那么就会积压240*1000=240,000个TIME_WAIT的记录,维护这些状态给Server带来负担。当然现代操作系统都会用快速的查找算法来管理这些TIME_WAIT,所以对于新的TCP连接请求,判断是否hit中一个TIME_WAIT不会太费时间,但是有这么多状态要维护总是不好。

HTTP协议1.1版规定default行为是Keep-Alive,也就是会重用TCP连接传输多个request/response,一个主要原因就是发现了这个问题。还有一个方法减缓TIME_WAIT压力就是把系统的2*MSL时间减少,因为240秒的时间实在是忒长了点,对于Windows,修改注册表,在HKEY_LOCAL_MACHINE\ SYSTEM\CurrentControlSet\Services\ Tcpip\Parameters上添加一个DWORD类型的值TcpTimedWaitDelay,一般认为不要少于60,不然可能会有麻烦。

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