TCP关闭连接(为什么会能Time_wait,Close_wait?)

Tcp关闭连接问题及注意

最近一段时间一直在学习阅读mina和nio的源码，也发现了一些问题无法解决，然后重读了一下tcp协议，收获颇多。（这就是带着问题去读书的好处）

这次就和大家分享一下我们的netframework服务总会抛出一个“connet reset by peer”的原因吧。通过抓包工具分析，主动关闭方直接发送了一个RST flags,而非FIN。就终止连接了。如下图所示：

为什么调用sokcet的close时只通过一次握手就终结连接了？

要分析这个原因那就得从关闭连接程的四次握手，有时也会是三次握手，说起。如下图所示：

大家都知道tcp正常的关闭连接要经过四次握手。如下所示：

在这四次握手状态中，有一个特别要注意的状态TIME_WAIT。这个状态是主动关闭方在收到被关闭方的FIN后会处于并长期（2个MSL时间，根据具体的实现不同，这个值会不同，在RFC 1122建议MSL=2分钟，但在Berkeley的实现上使用的值为30s,具体可以看www.rfc.net ,要是没有耐心去看英文的可以看这个网站www.cnpaf.net 里面有协议说明以及相应的源码，java源码中我没有发现这个值，我只能追踪到PlainSocketImpl.java这个类，再往下就是本地接口调用了，因此它是依赖本地操作系统的实现）处于的一个状态。也就是大约1-4分钟，然后由操作系统自动回收并将TCP连接设为CLOSED初始状态。如下图所示：

然而在socket的处于TIME_WAIT状态之后到它结束之前，该socket所占用的本地端口号将一直无法释放，因此服务在高并发高负载下运行一段时间后，就常常会出现做为客户端的程序无法向服务端建立新的socket连接的情况，过了1~4分钟之后，客户又可以连接上了，没多久又连接不上，再等1~4分钟之后又可以连接上，（上一个星期我们在做一个服务切换时遇到了这种情况）

这是因为服务方socket资源已经耗尽。netstat命令查看系统将会发现机器上存在大量处于TIME_WAIT状态的socket连接,我这边曾经出现达到了2w多个，并且占用大量的本地端口号。而此时机器上的可用本地端口号被占完，旧的大量处于TIME_WAIT状态的socket尚未被系统回收时，就会出现无法向服务端创建新的socket连接的情况。只能过2分钟之后等系统回收这些socket和端口资源之后才能服务，就这样往复下去。

TCP为什么要这么要让这种TIME_WAIT状态存活这么久呢？其原因有两个（参考stevens的unix网络编程卷1 第38页）：

1. 可靠地实现TCP全双工连接的终止。（确保最后的ACK能让被关闭方接收）
2. 允许老的重复分节在网络中消逝。（TCP中是可靠的服务，当数据包丢失会重传，当有数据包迷路的情况下，如果不等待2MSL时，当客户端以同样地方式重新和服务建立连接后，上一次迷路的数据包这时可能会到达服务，这时会造成旧包被重新读取）

解决方法：

1、（推荐方法，只能治标不治本）重用本地端口设置SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT(stevens的unix网络编程卷1 第179~182页)有详情的讲解，这样就可以允许同一端口上启动同一服务器的多个实例。怎样理解呢？说白了就是即使socket断了，重新调用前面的socket函数不会再去占用新的一个，而是始终就是一个端口，这样防止socket始终连接不上，会不断地换新端口。Java 中通过调用Socket的setReuseAddress,详细可以查看java.net.Socket源码。【这个地方会有风险，具体可以看(stevens的unix网络编程卷1 第181页)】

2、修改内核TIME_WAIT等待的值，如果客户端和服务器都在同个路由器下，这个是非常推荐的。（链路好，重传机率低）

3、（不推崇，但目前我们是这样做的，这个是造成（“connet reset by peer”）的元凶）设置SO_LINGER的值，java中是调用socket的 setSoLinger目前我们是设置为0的。设置为这个值的意思是当主动关闭方设置了setSoLinger（true,0）时，并调用close后，立该发送一个RST标志给对端，该TCP连接将立刻夭折，无论是否有排队数据未发送或未被确认。这种关闭方式称为“强行关闭”，而后套接字的虚电路立即被复位，尚未发出的所有数据都会丢失。而被动关闭方却不知道对端已经彻底断开。当被动关闭方正阻塞在recv()调用上时，接受到RST时，会立刻得到一个“connet reset by peer”的异常（即对端已经关闭），c中是返回一个EPEERRST错。

为什么不推崇这种方法在(stevens的unix网络编程卷1 第173页)有详细的讲解。因为TIME_WAIT状态是我们的朋友，它是有助有我们的（也就是说，它会让旧的重复分节在网络中超时消失（当我们的链路越长，ISP复杂的情况下（从网通到教育网的ping包用了9000ms），重复的分节的比例是非常高的。））。而且我们主动关闭连接方大都是由客户端发起的（除了HTTP服务和异常），而且客户方一般都不会有持续的大并发请求。 因此对资源没有这么苛刻要求。