记一次TIME_WAIT网络故障

最近发现一个PHP脚本时常出现连不上服务器的现象，调试了一下，发现是TIME_WAIT状态过多造成的，本文简要介绍一下解决问题的过程。

遇到这类问题，我习惯于先用strace命令跟踪了一下看看：

shell> strace php /path/to/file EADDRNOTAVAIL (Cannot assign requested address)

从字面结果看似乎是网络资源相关问题。这里顺便介绍一点小技巧：在调试的时候一般是从后往前看strace命令的结果，这样更容易找到有价值的信息。

查看一下当前的网络连接情况，结果发现TIME_WAIT数非常大：

shell> netstat -nt | awk '/^tcp/ {++state[$NF]} END {for(key in state) print key,"\t",state[key]}' TIME_WAIT 28233

重复了几次测试，结果每次出问题的时候，TIME_WAIT都等于28233，这真是一个魔法数字！实际原因很简单，它取决于一个内核参数net.ipv4.ip_local_port_range：

shell> sysctl -a | grep port net.ipv4.ip_local_port_range = 32768 61000

因为端口范围是一个闭区间，所以实际可用的端口数量是：

shell> echo $((61000-32768+1)) 28233

问题分析到这里基本就清晰了，解决方向也明确了，内容所限，这里就不说如何优化程序代码了，只是从系统方面来阐述如何解决问题，无非就是以下两个方面：

首先是增加本地可用端口数量。这点可以用以下命令来实现：

shell> echo "net.ipv4.ip_local_port_range = 10240 61000" >> /etc/sysctl.conf shell> sysctl -p

其次是减少TIME_WAIT连接状态。网络上已经有不少相关的介绍，大多是建议：

shell> sysctl net.ipv4.tcp_tw_reuse=1 shell> sysctl net.ipv4.tcp_tw_recycle=1

注：通过sysctl命令修改内核参数，重启后会还原，要想持久化可以参考前面的方法。

这两个选项在降低TIME_WAIT数量方面可以说是立竿见影，不过如果你觉得问题已经完美搞定那就错了，实际上这样可能会引入一个更复杂的网络故障。

关于内核参数的详细介绍，可以参考官方文档。我们这里简要说明一下tcp_tw_recycle参数。它用来快速回收TIME_WAIT连接，不过如果在NAT环境下会引发问题。

中有如下一段描述：

An additional mechanism could be added to the TCP, a per-host cache of the last timestamp received from any connection. This value could then be used in the mechanism to reject old duplicate segments from earlier incarnations of the connection, if the timestamp clock can be guaranteed to have ticked at least once since the old connection was open. This would require that the TIME-WAIT delay plus the RTT together must be at least one tick of the sender’s timestamp clock. Such an extension is not part of the proposal of this RFC.

大概意思是说TCP有一种行为，可以缓存每个连接最新的时间戳，后续请求中如果时间戳小于缓存的时间戳，即视为无效，相应的数据包会被丢弃。

Linux是否启用这种行为取决于tcp_timestamps和tcp_tw_recycle，因为tcp_timestamps缺省就是开启的，所以当tcp_tw_recycle被开启后，实际上这种行为就被激活了。

现在很多公司都用LVS做负载均衡，通常是前面一台LVS，后面多台后端服务器，这其实就是NAT，当请求到达LVS后，它修改地址数据后便转发给 后端服务器，但不会修改时间戳数据，对于后端服务器来说，请求的源地址就是LVS的地址，加上端口会复用，所以从后端服务器的角度看，原本不同客户端的请 求经过LVS的转发，就可能会被认为是同一个连接，加之不同客户端的时间可能不一致，所以就会出现时间戳错乱的现象，于是后面的数据包就被丢弃了，具体的 表现通常是是客户端明明发送的SYN，但服务端就是不响应ACK，还可以通过下面命令来确认数据包不断被丢弃的现象：

shell> netstat -s | grep timestamp ... packets rejects in established connections because of timestamp

如果服务器身处NAT环境，安全起见，通常要禁止tcp_tw_recycle，至于TIME_WAIT连接过多的问题，可以通过激活tcp_tw_reuse来缓解。

进一步思考，既然必须同时激活tcp_timestamps和tcp_tw_recycle才会触发这种现象，那只要禁止 tcp_timestamps，同时激活tcp_tw_recycle，就可以既避免NAT丢包问题，又降低TIME_WAIT连接数量。如果服务器并不 依赖于RFC1323，那么这种方法应该也是可行的，不过最好多做测试，以防有其他的副作用。

shell> sysctl net.ipv4.tcp_timestamps=0 shell> sysctl net.ipv4.tcp_tw_recycle=1