你好，我是邵亚方。

如果你做过 Linux 上面网络相关的开发，或者分析过 Linux 网络相关的问题，那你肯定吐槽过 Linux 系统里面让人眼花缭乱的各种配置项，应该也被下面这些问题困扰过：

  1. Client 为什么无法和 Server 建立连接呢？
  2. 三次握手都完成了，为什么会收到 Server 的 reset 呢？
  3. 建立 TCP 连接怎么会消耗这么多时间？
  4. 系统中为什么会有这么多处于 time-wait 的连接？该这么处理？
  5. 系统中为什么会有这么多 close-wait 的连接？
  6. 针对我的业务场景，这么多的网络配置项，应该要怎么配置呢？
  7. ……

因为网络这一块涉及到的场景太多了，Linux 内核需要去处理各种各样的网络场景，不同网络场景的处理策略也会有所不同。而 Linux 内核的默认网络配置可能未必会适用我们的场景，这就可能导致我们的业务出现一些莫名其妙的行为。

所以，要想让业务行为符合预期，你需要了解 Linux 的相关网络配置，让这些配置更加适用于你的业务。Linux 中的网络配置项是非常多的，为了让你更好地了解它们，我就以最常用的 TCP/IP 协议为例，从一个网络连接是如何建立起来的以及如何断开的来开始讲起。

TCP 连接的建立过程会受哪些配置项的影响？

TCP 建连过程

上图就是一个 TCP 连接的建立过程。TCP 连接的建立是一个从 Client 侧调用 connect()，到 Server 侧 accept() 成功返回的过程。你可以看到，在整个 TCP 建立连接的过程中，各个行为都有配置选项来进行控制。

Client 调用 connect() 后，Linux 内核就开始进行三次握手。

首先 Client 会给 Server 发送一个 SYN 包，但是该 SYN 包可能会在传输过程中丢失，或者因为其他原因导致 Server 无法处理，此时 Client 这一侧就会触发超时重传机制。但是也不能一直重传下去，重传的次数也是有限制的，这就是 tcp_syn_retries 这个配置项来决定的。

假设 tcp_syn_retires 为 3，那么 SYN 包重传的策略大致如下：

tcp_syn_retries 示意图

在 Client 发出 SYN 后，如果过了 1 秒，还没有收到 Server 的响应，那么就会进行第一次重传；如果经过 2s 的时间还没有收到 Server 的响应，就会进行第二次重传；一直重传 tcp_syn_retries 次。

对于 tcp_syn_retries 为 3 而言，总共会重传 3 次，也就是说从第一次发出 SYN 包后，会一直等待（1 + 2 + 4 + 8）秒，如果还没有收到 Server 的响应，connect() 就会产生 ETIMEOUT 的错误。

tcp_syn_retries 的默认值是 6，也就是说如果 SYN 一直发送失败，会在（1 + 2 + 4 + 8 + 16+ 32 + 64）秒，即 127 秒后产生 ETIMEOUT 的错误。

我们在生产环境上就遇到过这种情况，Server 因为某些原因被下线，但是 Client 没有被通知到，所以 Client 的 connect() 被阻塞 127s 才去尝试连接一个新的 Server，这么长的超时等待时间对于应用程序而言是很难接受的。

**所以通常情况下，我们都会将数据中心内部服务器的 tcp_syn_retries 给调小，这里推荐设置为 2，来减少阻塞的时间。**因为对于数据中心而言，它的网络质量是很好的，如果得不到 Server 的响应，很可能是 Server 本身出了问题。在这种情况下，Client 及早地去尝试连接其他的 Server 会是一个比较好的选择，所以对于客户端而言，一般都会做如下调整：

net.ipv4.tcp_syn_retries = 2

有些情况下 1s 的阻塞时间可能都很久，所以有的时候也会将三次握手的初始超时时间从默认值 1s 调整为一个较小的值，比如 100ms，这样整体的阻塞时间就会小很多。这也是数据中心内部经常进行一些网络优化的原因。

如果 Server 没有响应 Client 的 SYN，除了我们刚才提到的 Server 已经不存在了这种情况外，还有可能是因为 Server 太忙没有来得及响应，或者是 Server 已经积压了太多的半连接（incomplete）而无法及时去处理。

半连接，即收到了 SYN 后还没有回复 SYNACK 的连接，Server 每收到一个新的 SYN 包，都会创建一个半连接，然后把该半连接加入到半连接队列（syn queue）中。syn queue 的长度就是 tcp_max_syn_backlog 这个配置项来决定的，当系统中积压的半连接个数超过了该值后，新的 SYN 包就会被丢弃。对于服务器而言，可能瞬间会有非常多的新建连接，所以我们可以适当地调大该值，以免 SYN 包被丢弃而导致 Client 收不到 SYNACK：

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 16384

Server 中积压的半连接较多，也有可能是因为有些恶意的 Client 在进行 SYN Flood 攻击。典型的 SYN Flood 攻击如下：Client 高频地向 Server 发 SYN 包，并且这个 SYN 包的源 IP 地址不停地变换，那么 Server 每次接收到一个新的 SYN 后，都会给它分配一个半连接，Server 的 SYNACK 根据之前的 SYN 包找到的是错误的 Client IP，所以也就无法收到 Client 的 ACK 包，导致无法正确建立 TCP 连接，这就会让 Server 的半连接队列耗尽，无法响应正常的 SYN 包。

为了防止 SYN Flood 攻击，Linux 内核引入了 SYN Cookies 机制。SYN Cookie 的原理是什么样的呢？

在 Server 收到 SYN 包时，不去分配资源来保存 Client 的信息，而是根据这个 SYN 包计算出一个 Cookie 值，然后将 Cookie 记录到 SYNACK 包中发送出去。对于正常的连接，该 Cookies 值会随着 Client 的 ACK 报文被带回来。然后 Server 再根据这个 Cookie 检查这个 ACK 包的合法性，如果合法，才去创建新的 TCP 连接。通过这种处理，SYN Cookies 可以防止部分 SYN Flood 攻击。所以对于 Linux 服务器而言，推荐开启 SYN Cookies：

net.ipv4.tcp_syncookies = 1

Server 向 Client 发送的 SYNACK 包也可能会被丢弃，或者因为某些原因而收不到 Client 的响应，这个时候 Server 也会重传 SYNACK 包。同样地，重传的次数也是由配置选项来控制的，该配置选项是 tcp_synack_retries。

tcp_synack_retries 的重传策略跟我们在前面讲的 tcp_syn_retries 是一致的，所以我们就不再画图来讲解它了。它在系统中默认是 5，对于数据中心的服务器而言，通常都不需要这么大的值，推荐设置为 2 :

net.ipv4.tcp_synack_retries = 2

Client 在收到 Serve 的 SYNACK 包后，就会发出 ACK，Server 收到该 ACK 后，三次握手就完成了，即产生了一个 TCP 全连接（complete），它会被添加到全连接队列（accept queue）中。然后 Server 就会调用 accept() 来完成 TCP 连接的建立。

但是，就像半连接队列（syn queue）的长度有限制一样，全连接队列（accept queue）的长度也有限制，目的就是为了防止 Server 不能及时调用 accept() 而浪费太多的系统资源。

全连接队列（accept queue）的长度是由 listen(sockfd, backlog) 这个函数里的 backlog 控制的，而该 backlog 的最大值则是 somaxconn。somaxconn 在 5.4 之前的内核中，默认都是 128（5.4 开始调整为了默认 4096），建议将该值适当调大一些：

net.core.somaxconn = 16384

当服务器中积压的全连接个数超过该值后，新的全连接就会被丢弃掉。Server 在将新连接丢弃时，有的时候需要发送 reset 来通知 Client，这样 Client 就不会再次重试了。不过，默认行为是直接丢弃不去通知 Client。至于是否需要给 Client 发送 reset，是由 tcp_abort_on_overflow 这个配置项来控制的，该值默认为 0，即不发送 reset 给 Client。推荐也是将该值配置为 0:

net.ipv4.tcp_abort_on_overflow = 0

这是因为，Server 如果来不及 accept() 而导致全连接队列满，这往往是由瞬间有大量新建连接请求导致的，正常情况下 Server 很快就能恢复，然后 Client 再次重试后就可以建连成功了。也就是说，将 tcp_abort_on_overflow 配置为 0，给了 Client 一个重试的机会。当然，你可以根据你的实际情况来决定是否要使能该选项。

accept() 成功返回后，一个新的 TCP 连接就建立完成了，TCP 连接进入到了 ESTABLISHED 状态：

TCP 状态转换

上图就是从 Client 调用 connect()，到 Server 侧 accept() 成功返回这一过程中的 TCP 状态转换。这些状态都可以通过 netstat 或者 ss 命令来看。至此，Client 和 Server 两边就可以正常通信了。

接下来，我们看下 TCP 连接断开过程中会受哪些系统配置项的影响。

TCP 连接的断开过程会受哪些配置项的影响？

TCP 的四次挥手

如上所示，当应用程序调用 close() 时，会向对端发送 FIN 包，然后会接收 ACK；对端也会调用 clsoe() 来发送 FIN，然后本端也会向对端回 ACK，这就是 TCP 的四次挥手过程。

首先调用 close() 的一侧是 active close（主动关闭）；而接收到对端的 FIN 包后再调用 close() 来关闭的一侧，称之为 passive close（被动关闭）。在四次挥手的过程中，有三个 TCP 状态需要额外关注，就是上图中深红色的那三个状态：主动关闭方的 FIN_WAIT_2 和 TIME_WAIT，以及被动关闭方的 CLOSE_WAIT 状态。除了 CLOSE_WAIT 状态外，其余两个状态都有对应的系统配置项来控制。

我们首先来看 FIN_WAIT_2 状态，TCP 进入到这个状态后，如果本端迟迟收不到对端的 FIN 包，那就会一直处于这个状态，于是就会一直消耗系统资源。Linux 为了防止这种资源的开销，设置了这个状态的超时时间 tcp_fin_timeout，默认为 60s，超过这个时间后就会自动销毁该连接。

至于本端为何迟迟收不到对端的 FIN 包，通常情况下都是因为对端机器出了问题，或者是因为太繁忙而不能及时 close()。所以，通常我们都建议将 tcp_fin_timeout 调小一些，以尽量避免这种状态下的资源开销。对于数据中心内部的机器而言，将它调整为 2s 足以：

net.ipv4.tcp_fin_timeout = 2

我们再来看 TIME_WAIT 状态，TIME_WAIT 状态存在的意义是：最后发送的这个 ACK 包可能会被丢弃掉或者有延迟，这样对端就会再次发送 FIN 包。如果不维持 TIME_WAIT 这个状态，那么再次收到对端的 FIN 包后，本端就会回一个 Reset 包，这可能会产生一些异常。

所以维持 TIME_WAIT 状态一段时间，可以保障 TCP 连接正常断开。TIME_WAIT 的默认存活时间在 Linux 上是 60s（TCP_TIMEWAIT_LEN），这个时间对于数据中心而言可能还是有些长了，所以有的时候也会修改内核做些优化来减小该值，或者将该值设置为可通过 sysctl 来调节。

TIME_WAIT 状态存在这么长时间，也是对系统资源的一个浪费，所以系统也有配置项来限制该状态的最大个数，该配置选项就是 tcp_max_tw_buckets。对于数据中心而言，网络是相对很稳定的，基本不会存在 FIN 包的异常，所以建议将该值调小一些：

net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 10000

Client 关闭跟 Server 的连接后，也有可能很快再次跟 Server 之间建立一个新的连接，而由于 TCP 端口最多只有 65536 个，如果不去复用处于 TIME_WAIT 状态的连接，就可能在快速重启应用程序时，出现端口被占用而无法创建新连接的情况。所以建议你打开复用 TIME_WAIT 的选项：

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

还有另外一个选项 tcp_tw_recycle 来控制 TIME_WAIT 状态，但是该选项是很危险的，因为它可能会引起意料不到的问题，比如可能会引起 NAT 环境下的丢包问题。所以建议将该选项关闭：

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0

因为打开该选项后引起了太多的问题，所以新版本的内核就索性删掉了这个配置选项：tcp: remove tcp_tw_recycle.

对于 CLOSE_WAIT 状态而言，系统中没有对应的配置项。但是该状态也是一个危险信号，如果这个状态的 TCP 连接较多，那往往意味着应用程序有 Bug，在某些条件下没有调用 close() 来关闭连接。我们在生产环境上就遇到过很多这类问题。所以，如果你的系统中存在很多 CLOSE_WAIT 状态的连接，那你最好去排查一下你的应用程序，看看哪里漏掉了 close()。

至此，TCP 四次挥手过程中需要注意的事项也讲完了。

好了，我们这节课就到此为止。

课堂总结

这节课我们讲了很多的配置项，我把这些配置项汇总到了下面这个表格里，方便你记忆：

当然了，有些配置项也是可以根据你的服务器负载以及 CPU 和内存大小来做灵活配置的，比如 tcp_max_syn_backlog、somaxconn、tcp_max_tw_buckets 这三项，如果你的物理内存足够大、CPU 核数足够多，你可以适当地增大这些值，这些往往都是一些经验值。

另外，我们这堂课的目的不仅仅是为了让你去了解这些配置项，最主要的是想让你了解其背后的机制，这样你在遇到一些问题时，就可以有一个大致的分析方向。

课后作业

课后请你使用 tcpdump 这个工具来观察下 TCP 的三次握手和四次挥手过程，巩固今天的学习内容。欢迎在留言区分享你的看法。

感谢你的阅读，如果你认为这节课的内容有收获，也欢迎把它分享给你的朋友，我们下一讲见。