【tcp】TCP实战(半连接队列、全连接队列)

2023-07-11 本文已影响0人 Bogon

TCP半连接队列与全连接队列概念

在 TCP 三次握手的时候，Linux 内核会维护两个队列，分别是：

半连接队列，也称 SYN 队列
全连接队列，也称 accepet 队列

服务端收到客户端发起的 SYN 请求后，内核会把该连接存储到半连接队列，并向客户端响应 SYN+ACK，接着客户端会返回 ACK，服务端收到第三次握手的 ACK 后，内核会把连接从半连接队列移除，然后创建新的完全的连接，并将其添加到 accept 队列，等待进程调用 accept 函数时把连接取出来。

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不管是半连接队列还是全连接队列，都有最大长度限制，超过限制时，内核会直接丢弃，或返回 RST 包。

在服务端可以使用 ss 命令，来查看 TCP 全连接队列的情况：

ss是Socket Statistics的缩写。顾名思义，ss命令可以用来获取socket统计信息，它可以显示和netstat类似的内容。但ss的优势在于它能够显示更多更详细的有关TCP和连接状态的信息，而且比netstat更快速更高效。

netstat命令用来打印Linux中网络系统的状态信息，可让你得知整个Linux系统的网络情况。

但需要注意的是 ss 命令获取的 Recv-Q/Send-Q 在「LISTEN 状态」和「非 LISTEN 状态」所表达的含义是不同的。

从下面的内核代码可以看出区别：

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在「LISTEN 状态」时，利用 ss -lnt 命令，Recv-Q/Send-Q 表示的含义如下：

-l：--listening 显示监听状态的套接字（sockets）
-n：--numeric 不解析服务名称
-t：--tcp 仅显示 TCP套接字（sockets）

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Recv-Q：当前全连接队列的大小，也就是当前已完成三次握手并等待服务端 accept() 的 TCP 连接；
Send-Q：当前全连接最大队列长度，上面的输出结果说明监听 8088 端口的 TCP 服务，最大全连接长度为 128；

在「非 LISTEN 状态」时，利用 ss -nt 命令Recv-Q/Send-Q 表示的含义如下：

Recv-Q：已收到但未被应用进程读取的字节数
Send-Q：已发送但未收到确认的字节数

当超过了 TCP 最大全连接队列，服务端则会丢掉后续进来的 TCP 连接，丢掉的 TCP 连接的个数会被统计起来。

我们在服务端可以使用 netstat -s 命令来查看：

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上面看到的 1750、2287....times ，表示全连接队列溢出的次数，注意这个是累计值。
可以隔几秒钟执行下，如果这个数字一直在增加的话肯定全连接队列偶尔满了。

服务端并发处理大量请求时，如果 TCP 全连接队列过小，就容易溢出。
发生 TCP 全连接队溢出的时候，后续的请求就会被丢弃。

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Linux 有个参数可以指定当 TCP 全连接队列满了会使用什么策略来回应客户端。

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tcp_abort_on_overflow 共有两个值分别是 0 和 1，其分别表示：

0 ：如果全连接队列满了，那么 server 扔掉 client 发过来的 ack
1 ：如果全连接队列满了，server 发送一个 reset 包给 client，表示废掉这个握手过程和这个连接

如果要想知道客户端连接不上服务端，是不是服务端 TCP 全连接队列满的原因，那么可以把 tcp_abort_on_overflow 设置为 1，这时如果在客户端异常中可以看到很多 connection reset by peer 的错误，那么就可以证明是由于服务端 TCP 全连接队列溢出的问题。

通常情况下，应当把 tcp_abort_on_overflow 设置为 0，因为这样更有利于应对突发流量。

举个例子，当 TCP 全连接队列满导致服务器丢掉了 ACK，与此同时，客户端的连接状态却是 ESTABLISHED，进程就在建立好的连接上发送请求。只要服务器没有为请求回复 ACK，请求就会被多次重发。如果服务器上的进程只是短暂的繁忙造成 accept 队列满，那么当 TCP 全连接队列有空位时，再次接收到的请求报文由于含有 ACK，仍然会触发服务器端成功建立连接。

所以，tcp_abort_on_overflow 设为 0 可以提高连接建立的成功率，只有你非常肯定 TCP 全连接队列会长期溢出时，才能设置为 1 以尽快通知客户端。

如何查看半连接队列大小？

很遗憾，TCP 半连接队列长度的长度，没有像全连接队列那样可以用 ss 命令查看。

但是我们可以抓住 TCP 半连接的特点，就是服务端处于 SYN_RECV 状态的 TCP 连接，就是在 TCP 半连接队列。

当服务端受到 SYN 攻击后，我们在服务端主机上执行查看当前 TCP 半连接队列大小：