TCP服务端收到syn但是不回复syn ack问题分析

本文探讨了在特定网络配置中,由于开启了net.ipv4.tcp_tw_recycle选项而导致客户端和服务端连接异常的现象。该问题主要表现为客户端的SYN分节已到达服务端,但未收到服务端的ACK响应。文章详细解释了tcp_tw_recycle的工作机制及其在NAT环境中的潜在风险,并给出了关闭此选项以解决问题的方法。

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参考:http://bbs.jointforce.com/topic/18471

最近在分析客户的一个问题时遇到了一种奇怪的情况,客户在服务端开启了某个端口,但是在客户端telnet确一直不通。通过在服务端抓包发现,客户端的syn分节已经到达,但是服务端并没有应答。查看了一下当前连接数,发现连接数也不大,所以排除是连接队列满造成的。后来忽然想起了net.ipv4.tcp_tw_recycle选项可能引起这个问题,于是关闭了这个选项,问题果然得以解决。这里分析一下原因。

有些服务器(当然客户端也可以)为了避免TIME_WAIT状态占用连接,希望能加快TIME_WAIT状态的回收,通常将net.ipv4.tcp_tw_recycle选项开启。当然这个选项的生效要依赖net.ipv4.tcp_timestamps选项的开启。虽然开启这个选项能够加快TIME_WAIT连接的回收,但却引入了另一个问题。我们先看下tcp_tw_recycle选项的工作机制:
当开启了tcp_tw_recycle选项后,当连接进入TIME_WAIT状态后,会记录对应远端主机最后到达分节的时间戳。如果同样的主机有新的分节到达,且时间戳小于之前记录的时间戳,即视为无效,相应的数据包会被丢弃(rfc1323)。
    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(只对客户端有作用)。


当然关闭tcp_timestamps选项也是可以避免这个问题的:
设置sysctl.conf里面tcp_timestamps=0也可以只用命令sysctl -w net.ipv4.tcp_timestamps=0
    但个人建议关闭tcp_tw_recycle选项,而不是timestamp;因为 在tcp timestamp关闭的条件下,开启tcp_tw_recycle是不起作用的;而tcp timestamp可以独立开启并起作用。此外tcp timestamp还和其他选项起作用有关,如tcp_tw_reuse。

### TCP协议中ACKSYN标志位的功能及使用场景 #### 1. SYN标志位功能与作用 SYNSynchronize Sequence Numbers)是TCP连接建立过程中非常重要的标志位之一。它主要用于发起一个新的TCP会话请求,表示同步序列号的操作。当一方想要与另一方建立通信时,会发送一个带有SYN标志的数据包,并附带初始序列号(Sequence Number)。接收方收到此数据包后,将返回一个同时携带SYNACK标志的数据包作为响应,表明已接收到对方的初始化请求并同意建立连接[^1]。 在实际应用中,SYN标志通常出现在三次握手的第一步和第二步中: - **第一步**:客户端向服务器发送一个仅含SYN标志的数据包,其中包含随机生成的初始序列号 `Seq`。 - **第二步**:服务器回应一个既含有SYN又含有ACK标志的数据包,其ACK值等于客户端发出的 `Seq + 1`,以此确认收到了来自客户端的第一个SYN消息;与此同时,服务器也会提供自己的初始序列号 `Server_Seq`。 ```python # 客户端第一次发送 (SYN) client_syn_packet = { 'flags': ['SYN'], 'sequence_number': random.randint(0, 2**32 - 1), } # 服务端第二次回复 (SYN+ACK) server_syn_ack_packet = { 'flags': ['SYN', 'ACK'], 'acknowledgment_number': client_syn_packet['sequence_number'] + 1, 'sequence_number': random.randint(0, 2**32 - 1), } ``` #### 2. ACK标志位功能与作用 ACKAcknowledgment)标志用于告知发送者之前所发数据已被成功接收。具体来说,在TCP头中的ACK标志位置为1时表示当前数据包包含了对先前某个数据包的认可信息——即通过设置头部字段中的确认号(Acknowledgment Number),来指明下一个期望接收到的数据片段应该具备怎样的顺序编号[^4]。 例如,在上述提到的三步握手过程里,第三阶段便是由最初提出连接需求的一侧再次回传仅有ACK标记开启的一个封包回去给目标主机,从而正式宣告双方之间安全可靠的通讯链路已经搭建完成: - **第三步**:最后一步是由原先主动联系的服务使用者再寄送单纯只有ACK标签激活状态下的资料组至远端机器那里去结束整个协商流程。 值得注意的是,“ack”还用来描述位于tcp segment header里的那个特定数值项目—也就是所谓的“确认号码”,这个参数记录着下一段预期能够接受到的内容起始地址的位置。 #### 3. 使用场景分析 这些机制共同构成了可靠传输的基础架构部分,广泛应用于各类依赖于稳定网络环境的工作场合之中,比如但限于web浏览(HTTP/HTTPS)[^2], 文件传输(FTP), 远程登录(Telnet / SSH)以及电子邮件传递(SMTP)等等领域当中都可以见到它们活跃的身影。 另外值得一提的是,在网络安全测试工具如nmap执行端口扫描任务期间亦经常运用到涉及syn或者ack等相关技术手段来进行隐蔽式侦查活动[^3]. --- ###
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