TCP Listen backlog

TCP有限状态机

TCP服务

创建TCP服务的四个基本步骤:

  1. socket – 创建socket套接字。
  2. bind – 绑定要监听的IP地址。
  3. listen – 开始监听客户端连接请求。
  4. accept – 获取TCP握手成功的连接。

其中,第3步,开始监听客户端的连接请求时,需要指定一个backlog的参数:

int listen(int sockfd, int backlog);

这个backlog参数有什么作用呢?不同的操作系统可能有不同的意义,本文只讨论backlog参数在Linux环境下的作用

TCP连接

建立TCP连接有一个“三次握手”的过程:

  1. 客户端向服务端发起连接请求,发送SYN包。
  2. 服务端收到客户端的SYN包后向客户端响应ACK+SYN包,同时在内存中建立一个状态为SYN-RECEIVED的连接,将连接放进incomplete connection queue
  3. 客户端收到服务端的回包后,向服务发送ACK包。服务端收到ACK后,TCP连接进入ESTABLISHED状态,将连接放进complete connection queue,等待应用程序进行accept。
  • 在Linux内核中,步骤2的未完成TCP连接由一个incomplete connection queue维护,其最大长度为/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog
  • 步骤3的已完成TCP连接由一个complete connection queue维护,其最大长度为listen函数的参数backlog
  • 画个简图,总结一下上面的内容:

TCP握手连接小结

当队列满了……

SYN cookie是一种用于对抗SYN flood攻击的技术,可以避免在incomplete connection queue被填满时无法建立新的TCP连接。对于使用SYN Cookie的服务来说, 当incomplete connection queue被填满时,服务器会表现得像SYN队列扩大了一样。对于队列填满后的新TCP连接,服务器会返回适当的SYN+ACK响应包,但会丢弃对应的SYN队列条目(因为队列已经满了)。如果服务器收到客户端随后的ACK响应,服务器能够使用编码在 TCP 序号内的信息重构 SYN 队列条目

incomplete connection queue

  • 关闭syncookies(net.ipv4.tcp_syncookies = 0):当队列满时,不在接受新的连接。
  • 开启syncookies(net.ipv4.tcp_syncookies = 1):当队列满时,不受影响。

complete connection queue

当complete connection queue满了,已经完成三次握手的TCP连接该怎么办?

内核收到客户端的ACK包后,会执行函数tcp_check_req,进行一些检查后,准备把TCP连接放到complete connection queue中:

child = inet_csk(sk)->icsk_af_ops->syn_recv_sock(sk, skb, req, NULL, req, &own_req);
if (!child)
  goto listen_overflow;

对于ipv4来说,执行的是函数tcp_v4_syn_recv_sock

if (sk_acceptq_is_full(sk))
    goto exit_overflow;

exit_overflow处的代码会进行一些清理工作,然后返回NULL,最后执行listen_overflow处的代码:

listen_overflow:
    if (!sysctl_tcp_abort_on_overflow) {
        inet_rsk(req)->acked = 1;
        return NULL;
    }
  • sysctl_tcp_abort_on_overflow为0时,Linux内核只丢弃客户端的ACK包,然后“什么都不做”。
  • sysctl_tcp_abort_on_overflow非0时,Linux内核会返回RST包,reset TCP连接。
  • sysctl_tcp_abort_on_overflow对应的设置是/proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow

(完)

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