TCP重置報文段及RST常見場景分析
RST表示鏈接重置，用於關閉那些已經沒有必要繼續存在的鏈接。通常狀況下表示異常關閉鏈接，區別與四次分手正常關閉鏈接。node
產生RST的三個條件是：後端
- 目的地爲某端口的
SYN到達，然而在該端口上並無正在監聽的服務器； - TCP想取消一個已有鏈接；
- TCP接收到一個根本不存在的鏈接上的分節。
下面的幾種場景，都會產生RST，以此來講明重置報文段的用途。緩存
1、針對不存在端口的鏈接請求
客戶端向服務端某端口發起鏈接請求SYN，可是目的服務端主機不存在該端口，此時向客戶端迴應RST，中斷鏈接請求。服務器
下面經過程序和抓包進行分析。程序源碼以下：微信
use std::io::prelude::*;
use std::net::TcpStream;
use std::thread;
fn main() {
let mut stream = TcpStream::connect("192.168.2.229:33333").unwrap();
let n = stream.write(&[1,2,3,4,5,6,7,8,9]).unwrap();
println!("send {} bytes to remote node, waiting for end.", n);
loop{
thread::sleep_ms(1000);
}
}
上面程序向目的主機192.168.2.229發起TCP鏈接，而目的主機並無啓動端口爲33333的監聽服務。因此當本地主機向目的主機發起TCP鏈接後，會收到來自目的主機的RST，並斷開鏈接。（固然也不是全部的都會回覆RST，有的主機可能不會進行回覆）。抓包以下：網絡
本地主機向目的主機發送TCP鏈接SYN：
併發
目的主機向本地主機回覆ACK、RST：
socket
2、終止一條鏈接
終止一條鏈接的正常方法是由通訊一方發送一個FIN。這種方法也被稱爲有序釋放。由於FIN是在以前全部排隊數據都已發送後才被髮送出去，一般不會出現丟失數據的狀況。然而在任什麼時候刻，咱們均可以經過發送一個重置報文段RST替代FIN來終止一條鏈接。這種方式也被稱爲終止釋放。tcp
終止一條鏈接能夠爲應用程序提供兩大特性：分佈式
- 任何排隊的數據都將被拋棄，一個重置報文段會被當即發送出去；
- 重置報文段的接收方會說明通訊的另外一端採用了終止的方式而不是一次正常關閉。API必須提供一種實現上述終止行爲的方式來取代正 常的關閉操做。
套接字API可經過套接字選項SO_LINGER的數值設置爲0來實現上述功能。
/* Structure used to manipulate the SO_LINGER option. */
struct linger
{
int l_onoff; /* Nonzero to linger on close. */
int l_linger; /* Time to linger. */
};
SO_LINGER的不一樣值的含義以下：
l_onoff爲0，l_linger的值被忽略，內核缺省狀況，close()調用會當即返回給調用者，TCP模塊負責嘗試發送殘留的緩存區數據。l_onoff爲非零值，l_linger爲0，則鏈接當即終止，TCP將丟棄殘留在發送緩衝區中的數據併發送RST給對方，而不是發送FIN，這樣避免了TIME_WAIT狀態，對方read（）時將收到Connection reset by peer的錯誤。l_onoff爲非零值，l_linger大於零：若是l_linger時間範圍，TCP模塊成功發送完殘留的緩衝區數據，則正常關閉，若是超時，則向對方發送RST，丟棄殘留在發送緩衝區的數據。
客戶端代碼間附錄代碼1，服務端代碼以下：
/* echo server with poll */
#include <poll.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>
#define OPEN_MAX 1024
#define LISTEN_PORT 33333
#define MAX_BUF 1024
int set_linger(int sock, int l_onoff, int l_linger);
int handle_conn(struct pollfd *nfds, char* buf);
void run();
int main(int _argc, char* _argv[]) {
run();
return 0;
}
void run() {
// bind socket
char str[INET_ADDRSTRLEN];
struct sockaddr_in seraddr, cliaddr;
socklen_t cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
int listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&seraddr, sizeof(seraddr));
seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
seraddr.sin_port = htons(LISTEN_PORT);
int opt = 1;
setsockopt(listen_sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
if (-1 == bind(listen_sock, (struct sockaddr*)&seraddr, sizeof(seraddr))) {
perror("bind server addr failure.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
listen(listen_sock, 5);
int ret, i;
struct pollfd nfds[OPEN_MAX];
for (i=0;i<OPEN_MAX;++i){
nfds[i].fd = -1;
}
nfds[0].fd = listen_sock;
nfds[0].events = POLLIN;
char* buf = (char*)malloc(MAX_BUF);
while (1) {
ret = poll(nfds, OPEN_MAX, NULL);
if (-1 == ret) {
perror("poll failure.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* An event on one of the fds has occurred. */
if (nfds[0].revents & POLLIN) {
int conn_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
if (-1 == conn_sock) {
perror("accept failure.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("accept from %s:%d\n", inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)), ntohs(cliaddr.sin_port));
set_linger(conn_sock, 1, 0); //設置SO_LINGER option值爲0
for (int k=0;k<OPEN_MAX;++k){
if (nfds[k].fd < 0){
nfds[k].fd = conn_sock;
nfds[k].events = POLLIN;
break;
}
if (k == OPEN_MAX-1){
perror("too many clients, nfds size is not enough.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
}
handle_conn(nfds, buf);
}
close(listen_sock);
}
int handle_conn(struct pollfd *nfds, char* buf) {
int n = 0;
for (int i=1;i<OPEN_MAX;++i) {
if (nfds[i].fd<0) {
continue;
}
if (nfds[i].revents & POLLIN) {
bzero(buf, MAX_BUF);
n = read(nfds[i].fd, buf, MAX_BUF);
if (0 == n) {
close(nfds[i].fd);
nfds[i].fd = -1;
continue;
}
if (n>0){
printf("recv from client: %s\n", buf);
nfds[i].events = POLLIN;
close(nfds[i].fd); //接收數據後就主動關閉鏈接，用於RST測試
} else {
perror("read failure.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
} else if (nfds[i].revents & POLLOUT) {
printf("write data to client: %s\n", buf);
write(nfds[i].fd, buf, sizeof(buf));
bzero(buf, MAX_BUF);
nfds[i].events = POLLIN;
}
}
return 0;
}
int set_linger(int sock, int l_onoff, int l_linger) {
struct linger so_linger;
so_linger.l_onoff = l_onoff;
so_linger.l_linger = l_linger;
int r = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_LINGER, &so_linger, sizeof(so_linger));
return r;
}
抓包結果以下：
先3次握手，後客戶端向服務度發送了5個字節數據，服務端在接收完5字節數據向客戶端ACK後，表示想中斷鏈接，此時因設置了SO_LINGER選項值爲0，close()時，直接向對方發送RST而不是正常的發送FIN，鏈接當即終止，而且不會有TIME_WAIT狀態，TCP將丟棄殘留在發送緩衝區中的數據，對方read（）時將收到Connection reset by peer的錯誤。
3、半開鏈接
若是在未告知另外一端的狀況下通訊的一端關閉或終止鏈接，那麼就認爲該條TCP鏈接處於半開狀態。
舉個例子，服務器主機被切斷電源後重啓（切斷電源前可將網線斷開，重啓後再接上），此時的客戶端是一個半開的鏈接。當客戶端再次向服務端發送數據時，服務端對此鏈接一無所知，會回覆一個重置報文段RST後，中斷鏈接。
再或者若是程序開啓了TCP保活機制，則當監測到對方主機不可達時，發送RST中斷鏈接。詳細可參考個人另外一篇博文TCP保活機制。
TCP鏈接若是長時間沒有數據收發，會使TCP發送保活探測報文，以維持鏈接或者探測鏈接是否存在。
能夠看到若是認爲鏈接不存在了，就會發送RST中斷鏈接。
4、提早關閉鏈接
TCP應用程序接收數據是從操做系統中接收的TCP數據，若是數據到達了操做系統可是我應用數據不想繼續接收數據了，此時RST中斷鏈接。
服務端代碼：
/* echo server with poll */
#include <poll.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>
#define OPEN_MAX 1024
#define LISTEN_PORT 33333
#define MAX_BUF 1024
#define RST_TEST 1
int handle_conn(struct pollfd *nfds, char* buf);
void run();
int main(int _argc, char* _argv[]) {
run();
return 0;
}
void run() {
// bind socket
char str[INET_ADDRSTRLEN];
struct sockaddr_in seraddr, cliaddr;
socklen_t cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
int listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&seraddr, sizeof(seraddr));
seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
seraddr.sin_port = htons(LISTEN_PORT);
int opt = 1;
setsockopt(listen_sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
if (-1 == bind(listen_sock, (struct sockaddr*)&seraddr, sizeof(seraddr))) {
perror("bind server addr failure.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
listen(listen_sock, 5);
int ret, i;
struct pollfd nfds[OPEN_MAX];
for (i=0;i<OPEN_MAX;++i){
nfds[i].fd = -1;
}
nfds[0].fd = listen_sock;
nfds[0].events = POLLIN;
char* buf = (char*)malloc(MAX_BUF);
while (1) {
ret = poll(nfds, OPEN_MAX, NULL);
if (-1 == ret) {
perror("poll failure.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* An event on one of the fds has occurred. */
if (nfds[0].revents & POLLIN) {
int conn_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
if (-1 == conn_sock) {
perror("accept failure.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("accept from %s:%d\n", inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)), ntohs(cliaddr.sin_port));
for (int k=0;k<OPEN_MAX;++k){
if (nfds[k].fd < 0){
nfds[k].fd = conn_sock;
nfds[k].events = POLLIN;
break;
}
if (k == OPEN_MAX-1){
perror("too many clients, nfds size is not enough.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
}
handle_conn(nfds, buf);
}
close(listen_sock);
}
int handle_conn(struct pollfd *nfds, char* buf) {
int n = 0;
for (int i=1;i<OPEN_MAX;++i) {
if (nfds[i].fd<0) {
continue;
}
if (nfds[i].revents & POLLIN) {
bzero(buf, MAX_BUF);
#if RST_TEST == 0
n = read(nfds[i].fd, buf, MAX_BUF);
#else
n = read(nfds[i].fd, buf, 5); //只接收部分數據就主動關閉鏈接，用於RST測試
#endif
if (0 == n) {
close(nfds[i].fd);
nfds[i].fd = -1;
continue;
}
if (n>0){
printf("recv from client: %s\n", buf);
nfds[i].events = POLLOUT;
#if RST_TEST != 0
close(nfds[i].fd); //只接收部分數據就主動關閉鏈接，用於RST測試
#endif
} else {
perror("read failure.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
} else if (nfds[i].revents & POLLOUT) {
printf("write data to client: %s\n", buf);
write(nfds[i].fd, buf, sizeof(buf));
bzero(buf, MAX_BUF);
nfds[i].events = POLLIN;
}
}
return 0;
}
客戶端發起鏈接後發送超過5字節的數據後，由於服務端只接收5個字節數據後再也不接收數據（此時服務端操做系統已經收到10個字節數據，但上層read系統調用只接收5個字節），服務端向客戶端發送RST中斷鏈接。抓包結果以下：
先3次握手，握手後客戶端發送了10字節長度的數據，服務端在迴應客戶端ACK接收到數據後，發送RST中斷鏈接。
5、在一個已關閉的TCP鏈接上收到數據
若是一個已關閉的TCP鏈接又收到數據，顯然是異常的，此時應RST中斷鏈接。
服務端其餘代碼與上個代碼相同，下面函數替換一下
int handle_conn(struct pollfd *nfds, char* buf) {
int n = 0;
for (int i=1;i<OPEN_MAX;++i) {
if (nfds[i].fd<0) {
continue;
}
if (nfds[i].revents & POLLIN) {
bzero(buf, MAX_BUF);
n = read(nfds[i].fd, buf, MAX_BUF);
if (0 == n) {
close(nfds[i].fd);
nfds[i].fd = -1;
continue;
}
if (n>0){
printf("recv from client: %s\n", buf);
nfds[i].events = POLLOUT;
close(nfds[i].fd); //接收數據後就主動關閉鏈接，用於RST測試
} else {
perror("read failure.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
} else if (nfds[i].revents & POLLOUT) {
printf("write data to client: %s\n", buf);
write(nfds[i].fd, buf, sizeof(buf));
bzero(buf, MAX_BUF);
nfds[i].events = POLLIN;
}
}
return 0;
}
客戶端代碼與上個相同，只有下面函數不一樣，替換一下便可：
void client_handle(int sock) {
char sendbuf[MAXLEN], recvbuf[MAXLEN];
bzero(sendbuf, MAXLEN);
bzero(recvbuf, MAXLEN);
int n = 0;
while (1) {
if (NULL == fgets(sendbuf, MAXLEN, stdin)) {
break;
}
// 按`#`號退出
if ('#' == sendbuf[0]) {
break;
}
struct timeval start, end;
gettimeofday(&start, NULL);
write(sock, sendbuf, strlen(sendbuf));
sleep(2);
write(sock, sendbuf, strlen(sendbuf)); //這裏是測試RST用的代碼
sleep(60);
n = read(sock, recvbuf, MAXLEN);
if (0 == n) {
break;
}
write(STDOUT_FILENO, recvbuf, n);
gettimeofday(&end, NULL);
printf("time diff=%ld microseconds\n", ((end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec)- (start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec)));
}
close(sock);
}
抓包以下：
先3次握手；後客戶端向服務端發送了5字節數據，服務端接收到5字節數據回覆ACK；以後向客戶端發送FIN，關閉鏈接，但此時客戶端還有數據要發送，沒有向服務端發起FIN，此時只進行了2次揮手；以後客戶端又向服務端發送了5個字節數據，但此時服務端該鏈接已經調用close()關閉，此時再次收到該鏈接的數據屬於異常，回覆RST中斷鏈接。
6、附錄
測試用的客戶端代碼
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netdb.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include<stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define SERVER_PORT 33333
#define MAXLEN 65535
void client_handle(int sock);
int main(int argc, char* argv[]) {
for (int i = 1; i < argc; ++i) {
printf("input args %d: %s\n", i, argv[i]);
}
struct sockaddr_in seraddr;
int server_port = SERVER_PORT;
if (2 == argc) {
server_port = atoi(argv[1]);
}
int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&seraddr, sizeof(seraddr));
seraddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr);
seraddr.sin_port = htons(server_port);
if (-1 == connect(sock, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr))) {
perror("connect failure");
exit(EXIT_FAILURE);
}
client_handle(sock);
return 0;
}
void client_handle(int sock) {
char sendbuf[MAXLEN], recvbuf[MAXLEN];
bzero(sendbuf, MAXLEN);
bzero(recvbuf, MAXLEN);
int n = 0;
while (1) {
if (NULL == fgets(sendbuf, MAXLEN, stdin)) {
break;
}
// 按`#`號退出
if ('#' == sendbuf[0]) {
break;
}
struct timeval start, end;
gettimeofday(&start, NULL);
write(sock, sendbuf, strlen(sendbuf));
n = read(sock, recvbuf, MAXLEN);
if (n < 0) {
perror("read failure.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (0 == n) {
break;
}
write(STDOUT_FILENO, recvbuf, n);
gettimeofday(&end, NULL);
printf("time diff=%ld microseconds\n", ((end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec)- (start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec)));
}
close(sock);
}
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