通过时序图视角，看透TCP类业务故障

科技 2024-12-17 11:18 上海

在IT运维监控与故障诊断工作中，传输控制协议TCP是无法避开的关键一环。熟练掌握TCP协议，可大幅提升IT工程师在实际工作中的技术水平，缩短故障处理时间。由于TCP协议的机制复杂，导致分析上手难且不便于观测其底层交互情况，因此若能以图形方式展示TCP的通信交互情况，则可大大降低理解TCP协议的难度。

什么是“交易时序图”，有哪些功能？

交易时序图是一种图形化的表示方法，用于描述系统中各个组件之间的交互过程和消息传递顺序。相较其它流量分析工具，交易时序图将TCP流量从枯燥的文字转化为图形，优化了用户对数据包发送方向、数据包载荷长度、数据包时间间隔等关键分析信息的展示方式，提升工具使用者的流量分析体验。

该功能如何使用？两个步骤即可进入该界面：

第一步：启动CSNAS流量分析以后，点击“TCP会话”视图，找到希望通过图形方式时序图分析的TCP会话，双击打开新窗口

图1：第一步

第二步：在新弹出的窗口中，依次选择“TCP交易列表”和“交易时序图”，CSNAS软件即开始根据此会话的原始数据包，展示此会话的TCP交易时序图

图2：第二步

交易时序图能体现哪些信息？

以图2为例，该交易时序图，体现了如下基本信息：

1、该会话共传输了10个数据包，其中序号为1、2、3的数据包为该会话的TCP三次握手过程，箭头被标记为绿色，该会话的三次握手成功完成。在某些无法访问、连接失败的故障分析场景，三次握手的建立情况可以判定故障是网络故障或非网络故障，对于网络运维人员来说，具有很高的分析价值。

2、序号4、5、6为该会话的HTTP交互过程，其中4号包和6号包传输了应用载荷数据，4号包为HTTP请求包，箭头右侧对应显示该数据包的应用载荷长度为990字节，6号包为HTTP应答包，应用载荷长度为1003字节，携带应用载荷数据的数据包对应箭头被标记为蓝色。5号包为TCP确认包，不含应用载荷数据，箭头被标记为黑色。该会话说明服务器进行了HTTP响应，在某些应用交易无响应的故障分析场景下，该信息可以用于分析应用的响应实际情况。

3、序号7、8、9、10的数据包为该会话的TCP四次挥手过程，四次断开成功完成。在一些会话无法断开，会话异常结束的场景下，分析会话的断开方式能够判断一些导致会话断开异常的故障原因，例如连接断开失败导致端口复用失败，连接异常结束错误等情况。

4、三次握手数据包箭头左侧的时间差显示，共花费了0.301秒，即301毫秒，这表示客户端与服务器之间的网络时延可能在301ms左右。其中，1号包与2号包的时间差为301毫秒，时序图中为这两个数据包箭头留了较多的留白，2号包与3号包的时间差<1毫秒，可以忽略不计，时序图中为这两个数据包箭头无留白。通过数据包箭头之间的留白信息，读者可以直观观察到网络时延情况，而无需紧盯数字进行时延分析。

上述的举例仅为交易时序图中的部分基本功能，实际分析过程中，通过该图能够得到更多分析结果。

正常的三次握手时序图应该是什么样的？

按照RFC 793，正常三次握手的工作过程如下：

1、SYN（同步）：客户端发送一个TCP的SYN（同步）标志的数据包给服务器，请求建立一个连接。这个数据包中的Seq序列号字段被填充为客户端ISN（初始序列号，Initial Sequence Number），Ack确认号字段为空，即全0。

2、SYN/ACK（同步确认）：服务器收到客户端的SYN请求后，如果同意建立连接，则会发送一个SYN+ACK标志的数据包作为应答。这个数据包中的Seq序列号字段被填充为服务器ISN，Ack确认号字段被填充为客户端ISN+1。

3、ACK（确认）：客户端收到服务器的SYN/ACK应答后，会发送一个ACK（确认）标志的数据包，确认收到服务器的初始序列号。这个数据包中的Seq序列号字段被填充为客户端ISN+1，Ack确认号字段被填充为服务器ISN+1

经过上述三次交互，客户端和服务器连接建立成功，双方进入TCP ESTABLISHED状态，可以开始传输数据。通过TCP交易时序图功能，只要看到双方三次握手交互完成，且三次握手包不存在重传、重复ACK、丢包等情况，则可以判断双方TCP连接建立正常，如图3所示：

图3：正常的三次握手

连接建立失败，包括哪些异常情况？

除正常的三次握手外，有时TCP还存在一些连接建立无响应的情况，如图4所示：

图4：连接建立失败——SYN包无响应

如果网络中出现了SYN包无响应情况，一般可能由如下原因导致：

SYN包未到达服务器。例如安全设备阻断、网络环路等原因。
SYN包顺利到达服务器，但服务器忽略了该SYN包。例如时间戳问题、TIME_WAIT状态、端口复用失败等原因。
SYN包顺利到达服务器，但服务器停止响应SYN包。例如TCP资源限制，遭受SYN Flood DDoS攻击等原因。
SYN包的目标服务器离线、宕机或网络中断。

SYN包无响应说明问题大概率出在网络层面，应先暂时停止应用层面的问题排查。具体原因应采用多点位对比分析法，分别在客户端、服务器、中间链路抓取数据包，进行进一步对比分析，判断具体结果。

如果遇到SYN/ACK包无响应或者ACK包无响应的情况，应当采用同样的多点位对比分析法进行对比分析，从而判断具体的连接建立失败原因。

当然，连接建立失败并不仅仅包含无响应问题，还有一种常见的情况，即RST（Reset）包的发送。RST包是TCP协议中用来进行“连接重置”的数据包，如图5和图6所示：

图5：连接在建立阶段被重置

图6：连接在其他阶段被重置

RST包的出现说明意味着连接被终止。由于RST包的发送机制和其背后的深层原因还有许多值得深入探讨的细节。

来自科来公众号

Qt教程

致力于Qt教程，Qt技术交流，研发

最新文章

尊严只在剑锋之上，真理只在大炮射程之内

一文了解智能机器人的灵魂ROS 2

MQTT 和 Modbus 协议对比

C++中sizeof和strlen的区别

使用 VS Code 搭建嵌入式开发 IDE，这回方便了

到底什么是上下文切换？

大疆员工爆料：大疆是可以二进宫的，但有两个条件：第一，之前被裁的不行；第二，背调不过的不行。

OpenAI 史上最长宕机：自研 K8s 成“拦路虎”，导致数小时无法修复

嵌入式工程师：从初阶到高阶路上的那些陷阱

Linux迎来重要转折点！Rust驱动将全面进军内核核心，项目负责人称Rust现在处于有利地位

美国考虑禁售TP-Link路由器

什么时候你意识到做技术永无出路？

使用VS Code解锁超方便的嵌入式IDE

嵌入式软件设计，注意这两点，可以降低bug出现的概率。

嵌入式软件使用状态机架构，一般有什么优点？

二进制通信协议序列化解析

上海房价风云：透视波动背后的真相与未来三年犀利走向

美国千万悬赏追捕：成都技术大咖深陷“黑客风暴”谜团

善用智能指针：一个合格C++程序员的技术分析与代码实践

这些C++技术你用过哪些？少于四种的就别凑热闹了

嵌入式软件中函数指针的几个高级应用场景

基于状态机的通信接收模块

生意之道：“大自然的搬运工”与“二道贩子”的智慧

C++中使用()和{}创建对象的差异与代码举例

一文解惑TCP连接重置

spdlog——高性能C++日志库

两个进程访问同一内存地址0x10086会发生什么？

TCP异常快速诊断：端口复用的成因、特征与处理

TCP精细讲解：四次挥手与连接断开

TCP的核心组件（上）：说说TCP序列号的运动规律

性能调优：三种情况下的重复ACK分析与处置建议

通过时序图视角，看透TCP类业务故障

嵌入式软件开发，这些建议很实用

没日没夜创业“卷”了20个月、胖了30斤，AI大牛：还是重回Google香！

C++ 之父 2024 炉边谈话：现代 C++ 设计哲学、技术变革与安全争议

推荐一个基于C++的轻量级的高性能深度学习框架

稳定的代码及其无bug保障策略

不合理嵌套的理解与避免策略

判断两个单链表是否相交及其算法思路（以C++为例）

新同事才来5天就被开除了，其实，他被开除是意料之中，因为他每天按时下班，犯了公司的大忌！

Qt Group与瑞芯微携手发布“一芯四屏数字座舱”创新解决方案

写时复制（Copy-On-Write, COW）原理及实现示例

C++ 为什么需要内存对齐？

如何用 C 语言设计一种垃圾内存回收机制

C++协变与逆变详解及代码示例

C++中的BSON生成与解析技术讲解及代码示例

2024中国大学毕业生薪酬排行榜Top200

从J-link RTT的移植到精通，让嵌入式调试飞起来！

Qt帮助文档的使用

Qt项目集成Tsmaster库实现CAN消息发送指南

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉