KeepAlive的开启配置相关知识点

KeepAlive的开启配置相关知识点

我为什么要谈KeepAlive

最近工作中遇到一个问题,想把它记录下来,场景是这样的: 

nginx_lvs_client

从上图可以看出,用户通过Client访问的是LVS的VIP, VIP后端挂载的RealServer是Nginx服务器。 Client可以是浏览器也可以是一个客户端程序。一般情况下,这种架构不会出现问题,但是如果Client端把请求发送给Nginx,Nginx的后端需要一段时间才能返回结果,超过1分30秒就会有问题,使用LVS作为负载均衡设备看到的现象就是1分30秒之后, Client和Nginx链接被断开,没有数据返回。原因是LVS默认保持TCP的Session为90s,超过90s没有TCP报文在链接上传输,LVS就会给两端发送RESET报文断开链接。LVS这么做的原因相信大家都知道一二,我所知道的原因主要有两点:

1.节省负载均衡设备资源,每一个TCP/UDP的链接都会在负载均衡设备上创建一个Session的结构, 链接如果一直不断开,这种Session结构信息最终会消耗掉所有的资源,所以必须释放掉。
2.另外释放掉能保护后端的资源,如果攻击者通过空链接,链接到Nginx上,如果Nginx没有做合适 的保护,Nginx会因为链接数过多而无法提供服务。

这种问题不只是在LVS上有,之前在商用负载均衡设备F5上遇到过同样的问题,F5的Session断开方式和LVS有点区别,F5不会主动发送RESET给链接的两端,Session消失之后,当链接中一方再次发送报文时会接收到F5的RESET, 之后的现象是再次发送报文的一端TCP链接状态已经断开,而另外一端却还是ESTABLISH状态。 

知道是负载均衡设备原因之后,第一反应就是通过开启KeepAlive来解决。到此这个问题应该是结束了,但是我发现过一段时间总又有人提起KeepAlive的问题,甚至发现由于KeepAlive的理解不正确浪费了很多资源,原本能使用LVS的应用放在了公网下沉区,或者换成了商用F5设备(F5设备的Session断开时间要长一点,默认应该是5分钟)。所以我决定把我知道的KeepAlive知识点写篇博客分享出来。

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为什么要有KeepAlive?

在谈KeepAlive之前,我们先来了解下简单TCP知识(知识很简单,高手直接忽略)。首先要明确的是在TCP层是没有“请求”一说的,经常听到在TCP层发送一个请求,这种说法是错误的。TCP是一种通信的方式,“请求”一词是事务上的概念,HTTP协议是一种事务协议,如果说发送一个HTTP请求,这种说法就没有问题。也经常听到面试官反馈有些面试运维的同学,基本的TCP三次握手的概念不清楚,面试官问TCP是如何建立链接,面试者上来就说,假如我是客户端我发送一个请求给服务端,服务端发送一个请求给我。。。这种一听就知道对TCP基本概念不清楚。下面是我通过wireshark抓取的一个TCP建立握手的过程。(命令行基本上用TCPdump,后面我们还会用这张图说明问题):

tcp_session_create


现在我看只要看前3行,这就是TCP三次握手的完整建立过程,第一个报文SYN从发起方发出,第二个报文SYN,ACK是从被连接方发出,第三个报文ACK确认对方的SYN,ACK已经收到,如下图:

tcp_syn_synack_ack

但是数据实际上并没有传输,请求是有数据的,第四个报文才是数据传输开始的过程,细心的读者应该能够发现wireshark把第四个报文解析成HTTP协议,HTTP协议的GET方法和URI也解析出来,所以说TCP层是没有请求的概念,HTTP协议是事务性协议才有请求的概念,TCP报文承载HTTP协议的请求(Request)和响应(Response)。

现在才是开始说明为什么要有KeepAlive。链接建立之后,如果应用程序或者上层协议一直不发送数据,或者隔很长时间才发送一次数据,当链接很久没有数据报文传输时如何去确定对方还在线,到底是掉线了还是确实没有数据传输,链接还需不需要保持,这种情况在TCP协议设计中是需要考虑到的。TCP协议通过一种巧妙的方式去解决这个问题,当超过一段时间之后,TCP自动发送一个数据为空的报文给对方,如果对方回应了这个报文,说明对方还在线,链接可以继续保持,如果对方没有报文返回,并且重试了多次之后则认为链接丢失,没有必要保持链接。

如何开启KeepAlive

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