time_wait原理

TIME_WAIT状态原理

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通信双方建立TCP连接后，主动关闭连接的一方就会进入TIME_WAIT状态。

客户端主动关闭连接时，会发送最后一个ack后，然后会进入TIME_WAIT状态，再停留2个MSL时间(后有MSL的解释)，进入CLOSED状态。

下图是以客户端主动关闭连接为例，说明这一过程的。

 

 

 

TIME_WAIT状态存在的理由

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TCP/IP协议就是这样设计的，是不可避免的。主要有两个原因:

1）可靠地实现TCP全双工连接的终止

TCP协议在关闭连接的四次握手过程中，最终的ACK是由主动关闭连接的一端（后面统称A端）发出的，如果这个ACK丢失，对方（后面统称B端）将重发出最终的FIN，因此A端必须维护状态信息（TIME_WAIT）允许它重发最终的ACK。如果A端不维持TIME_WAIT状态，而是处于CLOSED 状态，那么A端将响应RST分节，B端收到后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，必须处理终止过程中四个分节任何一个分节的丢失情况，主动关闭连接的A端必须维持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，这个迟到的迷途分节到达时可能会引起问题。在关闭“前一个连接”之后，马上又重新建立起一个相同的IP和端口之间的“新连接”，“前一个连接”的迷途重复分组在“前一个连接”终止后到达，而被“新连接”收到了。为了避免这个情况，TCP协议不允许处于TIME_WAIT状态的连接启动一个新的可用连接，因为TIME_WAIT状态持续2MSL，就可以保证当成功建立一个新TCP连接的时候，来自旧连接重复分组已经在网络中消逝。

 

 

 

 

MSL时间

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MSL就是maximum segment lifetime(最大分节生命期），这是一个IP数据包能在互联网上生存的最长时间，超过这个时间IP数据包将在网络中消失 。MSL在RFC 1122上建议是2分钟，而源自berkeley的TCP实现传统上使用30秒。

 

TIME_WAIT状态维持时间

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TIME_WAIT状态维持时间是两个MSL时间长度，也就是在1-4分钟。Windows操作系统就是4分钟。

 

 

 

 

用于统计当前各种状态的连接的数量的命令

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

 

返回结果如下：

LAST_ACK 14

SYN_RECV 348

ESTABLISHED 70

FIN_WAIT1 229

FIN_WAIT2 30

CLOSING 33

TIME_WAIT 18122

 

对上述结果的解释：

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

 

 

进一步论述这个问题：

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--------------客户端主动关闭连接-----------------------

注意一个问题，进入TIME_WAIT状态的一般情况下是客户端。

大多数服务器端一般执行被动关闭，服务器不会进入TIME_WAIT状态。

当在服务器端关闭某个服务再重新启动时，服务器是会进入TIME_WAIT状态的。

举例：

1.客户端连接服务器的80服务，这时客户端会启用一个本地的端口访问服务器的80，访问完成后关闭此连接，立刻再次访问服务器的

80，这时客户端会启用另一个本地的端口，而不是刚才使用的那个本地端口。原因就是刚才的那个连接还处于TIME_WAIT状态。

2.客户端连接服务器的80服务，这时服务器关闭80端口，立即再次重启80端口的服务，这时可能不会成功启动，原因也是服务器的连

接还处于TIME_WAIT状态。

 

服务端提供服务时，一般监听一个端口就够了。例如Apach监听80端口。

客户端则是使用一个本地的空闲端口（大于1024），与服务端的Apache的80端口建立连接。

当通信时使用短连接，并由客户端主动关闭连接时，主动关闭连接的客户端会产生TIME_WAIT状态的连接，一个TIME_WAIT状态的连接就占用了一个本地端口。这样在TIME_WAIT状态结束之前，本地最多就能承受6万个TIME_WAIT状态的连接，就无端口可用了。

客户端与服务端进行短连接的TCP通信，如果在同一台机器上进行压力测试模拟上万的客户请求，并且循环与服务端进行短连接通信，那么这台机器将产生4000个左右的TIME_WAIT socket，后续的短连接就会产生address already in use : connect的异常。

 

关闭的时候使用RST的方式，不进入 TIME_WAIT状态，是否可行？

 

--------------服务端主动关闭连接------------------------------

服务端提供在服务时，一般监听一个端口就够了。例如Apach监听80端口。

客户端则是使用一个本地的空闲端口（大于1024），与服务端的Apache的80端口建立连接。

当通信时使用短连接，并由服务端主动关闭连接时，主动关闭连接的服务端会产生TIME_WAIT状态的连接。

由于都连接到服务端80端口，服务端的TIME_WAIT状态的连接会有很多个。

假如server一秒钟处理1000个请求，那么就会积压240秒*1000=24万个TIME_WAIT的记录，服务有能力维护这24万个记录。

 

大多数服务器端一般执行被动关闭，服务器不会进入TIME_WAIT状态。

服务端为了解决这个TIME_WAIT问题，可选择的方式有三种：

    Ø  保证由客户端主动发起关闭（即做为B端）

    Ø  关闭的时候使用RST的方式

    Ø  对处于TIME_WAIT状态的TCP允许重用