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TCP/IP 参数调优以实现快速客户端连接

Mike Gavaghan
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2010年2月22日

CPOL

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打开和关闭大量客户端 TCP/IP 套接字的应用程序存在耗尽可用套接字端口的风险。引发的异常可能具有误导性，因为它们通常与服务器套接字冲突相关，而不是出站客户端连接。

最新源代码

除了上面的链接，您还可以从下面的链接下载最新代码，以确保您拥有最新版本

引言

我最近分享了我关于解决一个奇怪的 打开客户端套接字连接时端口冲突 的经历[^]。打开和关闭大量客户端 TCP/IP 套接字的应用程序存在耗尽可用套接字端口的风险。这可能发生在负载和性能测试场景中，使用像 iTKO 的 LISA Test[^] 这样的工具，或者在一个生产环境中，如果一个活跃的应用程序只需要快速打开和关闭大量出站连接，也可能发生。

在 .NET 平台上，引发的异常是

"System.Net.Sockets.SocketException: Only one usage of each socket address
(protocol/network address/port) is normally permitted <host>:<port>".

在 Java 中，异常是

"java.net.BindException: Address already in use: connect".

这两个异常都具有误导性，因为它们通常与服务器套接字冲突相关，而不是出站客户端套接字连接。然而，对 TCP 状态机的更深入理解可以揭示这种行为——以及解决方案。

常见的端口冲突异常

每当 TCP/IP 遇到端口冲突时，您都可以预期会根据您的环境抛出以下两个异常之一

在 C# 环境中，您会看到此异常

System.Net.Sockets.SocketException: Only one usage of each socket address
(protocol/network address/port) is normally permitted <host>:<port>

在 Java 中，您会看到这个

java.net.BindException: Address already in use: connect
   at java.net.PlainSocketImpl.socketConnect(Native Method)
   at java.net.PlainSocketImpl.doConnect(PlainSocketImpl.java:333)
   at java.net.PlainSocketImpl.connectToAddress(PlainSocketImpl.java:195)
   at java.net.PlainSocketImpl.connect(PlainSocketImpl.java:182)
   at java.net.SocksSocketImpl.connect(SocksSocketImpl.java:366)
   at java.net.Socket.connect(Socket.java:519)
   at java.net.Socket.connect(Socket.java:469)

如果您在服务器套接字尝试监听传入连接时看到这些异常被抛出，原因很明显：您尝试监听的端口已在使用中。例如，如果您启动一个 Web 服务器，但另一个 Web 服务器已在运行，则会抛出一个异常，因为端口 80（或 8080）已代表另一个线程或应用程序在监听。

然而，在设置客户端连接时抛出这些异常，通常会令人困惑。客户端 TCP 连接在本地端始终分配一个操作系统选择的端口，那么为什么操作系统会选择一个正在使用的端口呢？事实是，该异常表示客户端**没有**可用的本地端口号。操作系统对错误的这种误报是造成一半困惑的原因。

调整本地客户端端口范围

问题是双重的。首先，Linux 和 Windows 只为客户端套接字提供有限数量的端口——默认范围是 1024 到 5000。因此，您一次可能只有 3,976 个活动客户端连接。对于大多数系统来说，这已经足够了。然而，在需要大量出站连接的特定系统上，这个限制可能会被耗尽。

然而，这个范围是可以调整的。在 Windows 上，可以使用此注册表项上的 `MaxUserPort` `DWORD` 值来调整客户端端口分配的上限

HKLM\System\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters

当然，比起使用繁琐的 `regedit`，您还可以下载本文中的 **IPtuner** 来快速设置 `MaxUserPort`，如下所示

Set MaxUserPort

在 Linux 上，可以使用以下参数设置下限和上限

net.ipv4.ip_local_port_range = 32768 65534

在 Linux 中设置此参数的方式取决于您使用的 Linux 发行版和版本——并且在更改后您需要重新启动网络服务。

调整 TCP TIME_WAIT 超时值

这些异常的第二个原因是 TCP 状态模型以及套接字关闭的方式。即使在套接字被正式“关闭”之后，它仍然会以 `TIME_WAIT` 状态停留一段时间，作为处理杂散数据包的安全机制。所有操作系统的默认等待时间通常长得离谱（Windows 上为 240 秒）。因此，即使一个应用程序不需要大量并发连接，在高负载情况下仍然可能耗尽可用端口。如果甚至一个连接反复快速地打开和关闭，您很快就会发现所有可用的本地套接字都处于 `TIME_WAIT` 状态，而没有可用的新客户端端口。

然而，`TIME_WAIT` 状态的持续时间也是可调的。

在 Windows 上，使用相同的注册表项，可以使用 `TCPTimedWaitDelay` 值将 `TIME_WAIT` 持续时间从 30 秒调整到 300 秒。同样，与其在 `regedit` 中摸索，不如下载本文中的 **IPtuner** 来快速设置 `TCPTimedWaitDelay`，如下所示

Set TCPTimedWaitDelay

在 Linux 上，等待延迟是使用以下参数配置的

net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

通过减少 TCP 等待延迟，关闭的套接字在 `TIME_WAIT` 状态停留的时间更短，并能更快地返回到可用客户端端口池。但是，为了避免通信问题，请勿将此值降低到 30 秒以下。

需要管理员权限

在 Linux 和 Windows 上（即使使用 **IPtuner** 或 `regedit`），您都需要管理员权限才能更改这些参数。但是，任何人都可以查看这些设置，至少可以验证它们是否合理。

历史

  • 2010年2月22日：初始发布
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