tcp三次握手之connect

正常情况下客户端发送 SYN，服务器很快返回 ACK，但如果客户端很久没有收到 ACK，应该怎么办呢？下面介绍 3 种减小等待时间的方法。

（1）tcp_syn_retries
当中途丢包时，最多会重复发送 SYN 6 次，由tcp_syn_retries决定。

$ cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries 
6

对应的内核源代码在这里：
https://elixir.bootlin.com/linux/v5.0/source/include/net/tcp.h#L105
#define TCP_SYN_RETRIES 6
https://elixir.bootlin.com/linux/v5.0/source/net/ipv4/tcp_ipv4.c#L2631
net->ipv4.sysctl_tcp_syn_retries = TCP_SYN_RETRIES;

可以在接收端用 iptables 丢弃掉SYN包，再抓包观察。

$ sudo iptables -A INPUT -p tcp -s 192.168.136.128 -m tcp --tcp-flags SYN SYN -j DROP

发送端耗时：第 1 次重试发生在 1 秒钟后，接着会以翻倍的方式在第 2、4、8、16、32 秒共做 6 次重试，最后一次重试会等待 64 秒，如果仍然没有返回 ACK，才会终止三次握手。所以，总耗时是 1+2+4+8+16+32+64=127 秒。

$ time ssh 192.168.136.131
ssh: connect to host 192.168.136.131 port 22: Connection timed out

real    2m7.392s
user    0m0.100s
sys     0m0.000s

Wireshark抓包截图如下，第 1 次加上后面的重传 6 次一共是 7 次：

image.png

如果要 connect 更快报错，可以适当调低 tcp_syn_retries 的值。比如减少 1 次，时间少了很多：

$ sudo sh -c "echo 5 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries"
$ time ssh 192.168.136.131
ssh: connect to host 192.168.136.131 port 22: Connection timed out

real    1m3.130s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s

另外建立连接时，本地端口号可用范围是由 ip_local_port_range决定的：

$ cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range 
32768   60999

（2）可以把套接字设置为非阻塞，再通过 select 设置超时时间，可以使 connect函数快速返回错误：

C
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>

int connect_timeout(int sockfd, const char * ip, int port, int second)
{
    int flags, result;
    fd_set fdw;
    struct timeval timeout;
    struct sockaddr_in servaddr;
    
    if((flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0)) < 0)
    {
        perror("fcntl...\n");
        return -1;
    }
    if(fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) < 0)
    {
        perror("fcntl...\n");
        return -1;
    }

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, ip, &servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(port);

    if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) != 0)
    {
        if(errno != EINPROGRESS)
        {
            perror("connect...\n");
            return -1;
        }
    }
    else
    {
        printf("Connected\n");
        return 0;
    }

    FD_ZERO(&fdw);
    FD_SET(sockfd, &fdw);
    timeout.tv_sec = second;
    timeout.tv_usec = 0;

    result = select(sockfd + 1, NULL, &fdw, NULL, &timeout);
    if(0 == result)
    {
        printf("Connect server timeout");
        return -1;
    }
    if(1 == result)
    {
        if(FD_ISSET(sockfd, &fdw))
        {
            printf("Connected\n");
            return 0;
        }
    }
    perror("select...\n");
    return -1;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 4)
    {
        printf("error: argc != 4\n");
        exit(1);
    }

    int sockfd;
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sockfd < 0)
    {
        perror("socket...\n");
        return -1;
    }

    if (0 != connect_timeout(sockfd, argv[1], atoi(argv[2]), atoi(argv[3]) ) )
    {
        close(sockfd);
        return -1;
    }
    send(sockfd, "HELLO WORLD", strlen("HELLO WORLD"), 0);
    close(sockfd);
    return -1;
}

这里设置为 5 秒超时，测试效果如下：

$ time ./send 192.168.136.131 6666 5
Connect server timeout
real    0m5.005s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s

（3）通过 SO_SNDTIMEO 选项设置超时时间：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in addr;
    struct timeval timeout = {5, 0};
    socklen_t len = sizeof(timeout);
    if (argc != 4)
    {
        printf("error: argc != 4\n");
        exit(1);
    }

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sockfd < 0)
    {
        perror("socket...\n");
        return -1;
    }
    timeout.tv_sec = atoi(argv[3]);
    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, &timeout, len);
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == -1)
    {
        perror("connect");
        return -1;
    }
    printf("connected\n");
    send(sockfd, "HELLO WORLD", strlen("HELLO WORLD"), 0);
    close(sockfd);
    return 0;
}

测试结果如下：

$ time ./send2 192.168.136.131 6666 5
connect: Operation now in progress

real    0m5.001s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s