TCP 三次握手,给我长脸了噢

大家好，我是小富~

本文收录在 Springboot-Notebook 面试锦集

前言

问题分析

他们有很多的 IOT 设备与服务端建立连接，当增加设备并发请求变多，TCP连接数在接近1024个时，可用TCP连接数会降到200左右并且无法建立新连接，而且分析应用服务的GC和内存情况均未发现异常。

1024、200、无法建立新连接。

全连接队列和半连接队列的阀值试一下效果。

半连接队列和全连接队列又是个啥玩意？

回顾TCP

TCP三次握手，熟悉吧，面试八股里经常全文背诵的题目。

SYN_SEND连接请求，服务端收到客户端发起的SYN请求后，会先将连接请求放入半连接队列；

SYN+ACK；

ACK确认，服务端收到第三次握手的 ACK 后标识连接成功。如果这时全连接队列没满，内核会把连接从半连接队列移除，创建新的连接并将其添加到全连接队列，等待客户端调用accept(方法将连接取出来使用；

Linux内核维护了两个队列，SYN半连接队列和accepet全连接队列。即然叫队列，那就存在队列被压满的时候，这种情况我们称之为队列溢出。

全连接队列

队列信息

全连接队列溢出时，首先要查看全连接队列的状态，服务端通常使用 ss 命令即可查看，ss 命令获取的数据又分为 LISTEN状态 和 非LISTEN两种状态下，通常只看LISTEN状态数据就可以。

LISTEN状态

Send-Q：全连接最大队列长度，如上监听8888端口的TCP连接最大全连接长度为128；

# -l 显示正在Listener 的socket
# -n 不解析服务名称
# -t 只显示tcp
[root@VM-4-14-centos ~]#  ss -lnt | grep 8888
State  Recv-Q Send-Q  Local Address:Port   Peer Address:Port
LISTEN     0   100       :::8888                  :::*               

非LISTEN 状态下Recv-Q、Send-Q字段含义有所不同
Send-Q：已发送但未收到确认的字节数；
# -n 不解析服务名称
# -t 只显示tcp
[root@VM-4-14-centos ~]#  ss -nt | grep 8888
State  Recv-Q Send-Q  Local Address:Port   Peer Address:Port
ESTAB     0   100       :::8888                  :::*               

队列溢出
一般在请求量过大，全连接队列设置过小会发生全连接队列溢出，也就是LISTEN状态下 Send-Q < Recv-Q 的情况。接收到的请求数大于TCP全连接队列的最大长度，后续的请求将被服务端丢弃，客户端无法创建新连接。
# -l 显示正在Listener 的socket
# -n 不解析服务名称
# -t 只显示tcp
[root@VM-4-14-centos ~]#  ss -lnt | grep 8888
State  Recv-Q Send-Q  Local Address:Port   Peer Address:Port
LISTEN     200   100       :::8888                  :::*               

如果发生了全连接队列溢出，我们可以通过netstat -s命令查询溢出的累计次数，若这个times持续的增长，那就说明正在发生溢出。
[root@VM-4-14-centos ~]# netstat -s | grep overflowed
  7102 times the listen queue of a socket overflowed #全连接队列溢出的次数

拒绝策略
在全连接队列已满的情况，Linux提供了不同的策略去处理后续的请求，默认是直接丢弃，也可以通过tcp_abort_on_overflow配置来更改策略，其值 0 和 1 表示不同的策略，默认配置 0。
# 查看策略
[root@VM-4-14-centos ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow
0

tcp_abort_on_overflow = 0：全连接队列已满时，服务端直接丢弃客户端发送的 ACK，此时服务端仍然是 SYN_RCVD 状态，在该状态下服务端会重试几次向客户端推送 SYN + ACK。

tcp_synack_retries配置，重试次数超过此配置后后，服务端不在重传，此时客户端发送数据，服务端直接向客户端回复RST复位报文，告知客户端本次建立连接已失败。

RST: 连接 reset 重置消息，用于连接的异常关闭。常用场景例如：服务端接收不存在端口的连接请求；客户端或者服务端异常，无法继续正常的连接处理，发送 RST 终止连接操作；长期未收到对方确认报文，经过一定时间或者重传尝试后，发送 RST 终止连接。

[root@VM-4-14-centos ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries
0

tcp_abort_on_overflow = 1：全连接队列已满时，服务端直接丢弃客户端发送的 ACK，直接向客户端回复RST复位报文，告知客户端本次连接终止，客户端会报错提示connection reset by peer。
队列调整

这里需要注意一下，两个参数要同时调整，因为取的两者中最小值min(backlog,somaxconn，经常发生只挑调大其中一个另一个值很小导致不生效的情况。

backlog 是在socket 创建的时候 Listen( 函数传入的参数，例如我们也可以在 Nginx 配置中指定 backlog 的大小。
server {
   listen 8888 default backlog = 200
   server_name fire100.top
   .....
}

somaxconn 是个 OS 级别的参数，默认值是 128，可以通过修改 net.core.somaxconn 配置。
[root@localhost core]# sysctl -a | grep net.core.somaxconn
net.core.somaxconn = 128
[root@localhost core]# sysctl -w net.core.somaxconn=1024
net.core.somaxconn = 1024
[root@localhost core]# sysctl -a | grep net.core.somaxconn
net.core.somaxconn = 1024

如果服务端处理请求的速度跟不上连接请求的到达速度，队列可能会被快速填满，导致连接超时或丢失。应该及时增加队列大小，以避免连接请求被拒绝或超时。
建议将全连接队列的大小设置为服务器处理能力的两倍左右。
半连接队列
队列信息
SYN_RECV状态的TCP连接存放在半连接队列，所以直接执行如下命令查看半连接队列长度。
[root@VM-4-14-centos ~]  netstat -natp | grep SYN_RECV | wc -l
1111

队列溢出
半连接队列溢出最常见的场景就是，客户端没有及时向服务端回ACK，使得服务端有大量处于SYN_RECV状态的连接，导致半连接队列被占满，得不到ACK响应半连接队列中的 TCP 连接无法移动全连接队列，以至于后续的SYN请求无法创建。这也是一种常见的DDos攻击方式。

netstat -s命令，SYNs to LISTEN前的数值表示溢出的次数，如果反复查询几次数值持续增加，那就说明半连接队列正在溢出。
[root@VM-4-14-centos ~]# netstat -s | egrep “listen|LISTEN”
1606 times the listen queue of a socket overflowed
1606 SYNs to LISTEN sockets ignored

队列调整
可以修改 Linux 内核配置 /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog来调大半连接队列长度。
[root@VM-4-14-centos ~]# echo 2048 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog

为什么建议
看完上边对两个队列的粗略介绍，相信大家也能大致明白，为啥我会直接建议他去调大队列了。
centos系统全连接队列长度一般默认 128，半连接队列默认长度 1024。所以队列溢出可以作为第一嫌疑对象。
[root@localhost core]# sysctl -a | grep net.core.somaxconn
net.core.somaxconn = 128

半连接队列默认大小 1024
[root@iZ2ze3ifc44ezdiif8jhf7Z ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog
1024

总结
简单分享了一点TCP全连接队列、半连接队列的相关内容，讲的比较浅显，如果有不严谨的地方欢迎留言指正，毕竟还是个老菜鸟。
CPU、线程状态、内存看起来都比较正常，偏偏连接数上不去。

我是小富，下期见～

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