NAT网络下TCP连接建立时可能SYN包被服务器忽略-tcp_tw_recycle

最近一个长连接服务经常被反馈连接失败，刚开始怀疑是网络问题，也就没有细查。今天仔细抓包分析了一下，原来碰到了在开启tcp_tw_recycle和tcp_timestamps的机器上，当多个客户端使用同一个外网IP( NAT）时可能出现连接建立不成功的坑，具体表现为客户端发送了SYN 包给服务器，服务器也收到了，但就是不回复SYN+ACK 给客户端，从而导致客户端重传SYNC，直至一分钟左右才能成功。

从客户端这边抓包的结果是这样的：大量SYN重传：

期初怀疑是网络不稳定导致的，因为公司大量机器连接到服务器，所以抓包难度比较大，也就不好在服务器抓包分析。最近问题不断出现，也就开始怀疑一定什么地方出了问题了。

首先用电脑建立个无线wifi， 然后使用2个手机，一个Android，一个IPone都连接到这个wifi下面，在电脑上抓包， IPhone先连接上服务器的X端口，然后再用Android去连接，发现android总是连接不上，出现SYN重传的情况。

所以断定应该是2着的SYN包有不一样的地方，如下图可以看出，2个地方不一样，WS 也就是window scaling， 窗口扩大选项，这个应该没关系，剩下的一个就是TSVal,也就是timestamp value， 客户端的时间戳，本身这个时间戳2个端不一样是没问题的，但悲剧的是他们公用一个外网IP，使用NAT网络连接的，所以他们到服务器的时候，服务器首先接受到一个IPhone的比较大的TSVal， 记录起来，然后碰到Android的TSVal的时候发现这个值特别小，所以认为这是一个错误的数据包，于是忽略了！

简单啰嗦一下服务器这么做的原因， 由于可能之前系统初始化的时候没注意，设置了 /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle （默认关闭的） 和 /proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps （默认打开的）， 前者用来快速回收处于TIME_WAIT的连接，后者用来支持RTT的来回时间计算。

关于TIME_WAIT状态不多介绍，注意这个状态只在主动关闭的一方才会出现，但是很多不明真相的同学总会喜欢不管如何，都设置这个参数，其实像web服务器这样的，开启了keepalive的服务器，是不需要去care这个状态的，因为一般都是客户端主动关闭连接，所以是客户端的责任区处理TIME_WAIT。

简单来说，tcp_tw_recycle  机制允许协议不需要真的等待2个最大段生存时间MSL 那么长，就可以关闭一个连接了，只需要等待2个数据包来回时间，这个相对很短，所以TIME_WAIT状态的连接就可以及时回收了，免得占用系统资源。但2*MSL改为了2*RTT， 那么问题很明显，可能出现数据包错乱，比如被动关闭一方的FIN迟迟没有到来，服务器这边会回收这个连接，然后之后的新连接可能就会复用了这个端口port信息，然后突然之间客户端的老的FIN到达了服务器，然后服务器以为这个FIN包对应的Port正好是刚刚建立的新连接的一个FIN包，于是服务器就把新连接给干掉了·····

也就是说，本身TCP协议规定了，主动关闭一方必须等待2*MSL 的时间，可能长达几分钟，但你现在改为2*RTT，明显短太多了，会出问题的。所以怎么办呢？

由于我们在/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle设置后，会清除掉TCP的四元组信息，释放内存，所以没法进行端口判断了，但是IP还是可以的，所以退而求其次：比较这个IP的最新更新的时间戳，如果碰到一个很老的时间戳TSVal的数据包过来，那么服务器认为这应该是之前很老的数据包的重传，只能忽略它。因此实践中协议采取的策略是：60秒内同一个IP建立2个连接的话，后面一个SYN连接的时间戳必须大于之前的SYN里面的TSVal，否则服务器会认为这是一个老连接的数据包，忽略它。

从而导致客户端明明发送了SYN，服务端却偏偏就是不回复SYN-ACK。

遇到这个坑的人不少，比如：

1. ：  ；

2.火丁笔记   ；

3. tcp_tw_recycle和tcp_timestamps导致connect失败问题 ；

类似的不少人碰到，就不多重复了。解决方法一般就是关闭/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle 就OK了，不用这么激进的去回收TIME_WAIT。

解决办法：
1. 修改proc：    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle; 建议别去设置这个，因为重启后又没了，没必要给自己挖坑。

2. 或者更正规的的，修改/etc/sysctl.conf，然后sysctl -p，　指令为：

echo “net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0″ >> /etc/sysctl.conf  ; sysctl -p ;

官方文档上明确这么说了：

tcp_tw_recycle – BOOLEAN
Enable fast recycling TIME-WAIT sockets. Default value is 0.
It should not be changed without advice/request of technical
experts.

再次重复一下：TIME_WAIT 只在主动关闭的一端出现，所以在前端WEB机器上设置这些选项是没用的····。