TCP 的 FIN_WAIT1 状态

最近看到了一篇有关 TCP 关闭连接时 FIN-WAIT1 状态的文章(见参考资料),觉得很有意思,于是也在自己的电脑上验证了一下。

首先,开局一张图:

FIN-WAIT1 状态出现在 主动关闭链接方发出 FIN 报文后,收到对应 ACK 之前。通常 Server 在收到 FIN 报文之后,会在很短的时间内回复 ACK(这个 ACK 可能携带数据,也可能只是一个纯 ACK),所以 FIN-WAIT1 状态存在的时间非常短暂,很难被观察到。

于是准备两台虚拟机,我们可以设计这样一个实验:

1)服务端监听 1234 端口:nc -l 1234

2)客户端连接服务端:nc 192.168.122.183 1234, 此时 TCP 的状态为 ESTABLISHED

$ sudo netstat -anp | grep tcp
tcp        0      0 192.168.122.167:60482   192.168.122.183:1234    ESTABLISHED 3712/nc

3)服务端配置 iptables,拦截从服务端发送到客户端的任何报文:iptables -A OUTPUT -d 192.168.122.167 -j DROP

4)客户端按下 ctrl + c 断开连接,这一步的目的是让操作系统自动发送 FIN 报文给服务端。

在完成第 4 步之后,客户端就会进入 FIN-WAIT-1 状态,服务端也会收到 FIN 报文,并且马上会发出一个 ACK,但是因为配置了 iptables,因此客户端会一直等待服务端的 ACK。

我们先来看一下 客户端的 TCP 状态

# netstat -anp | grep tcp
tcp        0      1 192.168.122.167:60482   192.168.122.183:1234    FIN_WAIT1   -

再来看一下此时服务端的状态:

根据上面的流程图,此时 TCP 应该处于 CLOSE-WAIT 状态,等待上层应用告诉 TCP “我没有数据发了,请关闭连接”。

在我们这个例子中,因为应用层本身没有数据要发送,因此服务端 FIN 报文和 ACK 一起发送,所以 CLOSE WAIT 状态被很快跳过,直接进入 LAST-ACK 状态:

$ sudo netstat -anp | grep tcp

tcp        0      1 192.168.122.183:1234    192.168.122.167:60482   LAST_ACK    -

在客户端抓包 tcp-fin.pcap,可以看到 TCP 发出 FIN,但没有接受到 ACK 之间,一直在试图重传 FIN 报文,间隔的时间 200ms,400ms 递增。

原文中还提到了 2 个系统参数 :

1) /proc/sys/net/ipv4/tcp_orphan_retries

This value influences the timeout of a locally closed TCP connection, when RTO retransmissions remain unacknowledged. See tcp_retries2 for more details. The default value is 8. If your machine is a loaded WEB server, you should think about lowering this value, such sockets may consume significant resources

Linux TCP协议栈 FIN 报文重传间隔 由 tcp_orphan_retries 控制。

2) /proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout

The length of time an orphaned (no longer referenced by any application) connection will remain in the FIN_WAIT_2 state before it is aborted at the local end. While a perfectly valid “receive only” state for an un-orphaned connection, an orphaned connection in FIN_WAIT_2 state could otherwise wait forever for the remote to close its end of the connection.

参考资料

测测看自己对 TCP 了解多少

1)TCP 最小的端口号是多少?

2)TCP 帧中有一个叫做 URG Pointer 的字段,什么时候会用到该字段?

3)RST 包能有荷载么?

4)什么时候会用到 IPv6 里的“flow”字段?

5)socket中的 IP_FREEBIND 选项有什么用?

6)PSH 标志实际上有什么用?

7)TCP 时间戳和 SYN Cookie 是如何协同工作的?

8)“UDP” 包可以把校验和字段设置为0么?

9)TCP 的同时开放连接是如何工作的?真的能工作么?

10)什么是愚笨窗口综合征(stupid window syndrome)?

11)TCP 头里的 CWE 和 ECE 标志有什么用?

12)IP 头里的 ID 字段是什么?ID 字段必须和 DF 比特位一起完成什么工作?为什么有些 IP 包的 ID 字段不是零并且设置了 DF?

13)SYN 包可以有荷载么?(提示:新RFC提案)

14)SYN+ACK 包可以有荷载么?

15)ICMP 包太大(packet-too-big )的消息会由路由器返回,并且荷载里包含了原始包的一部分。Linux 系统中可接受的最小荷载长度是多少?

16)当 ICMP包太大(packet-too-big )的消息被中间路由返回时会包含这个路由的源IP。但在实际操作中,我们经常可以看到 ICMP 消息的源 IP 与原始包的目的 IP 相同。为什么会这样?

17)Linux 有一个名为 “tcp_no_metrics_save” 的 sysctl 设置。它用于存储什么?存储多久?

18)Linux 使用了两个队列来处理到达的 TCP 连接:SYN 队列和接收队列。SYN 队列长度是多少?

19)如果 SYN 队列因变得很大而导致溢出,那么会发生什么?

20)BGP bogons 是什么?为什么说它们现在只是个小问题?

21)TCP 有一个会添加 MD5 校验和到包中的扩展。该扩展什么时候起作用?

22)IPv4 和 IPv6 的校验和算法有什么区别?

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