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临时端口被打满:TIME_WAIT 堆积导致 Cannot assign requested address 的排查与根治

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作者 沈亦舟-966
LinuxTIME_WAIT临时端口网络排障SRE

我干运维 10 年,见过太多"网络看起来好好的,就是时好时坏"的怪病。这次这个不是丢包、不是 MTU、不是 DNS,而是端口号发完了。下面把现象、原理、可复现命令和几个反直觉的坑一次讲清。

一、现象:不是网络抖,是"没有端口号可分配了"

上个月一个出站网关(Go 1.21,4C8G,内核 5.15)出故障:它要调 3 个下游接口,QPS 稳定在 800 左右,P99 平时 40ms,故障时直接飙到 3s 以上,日志里疯狂刷这一条:

dial tcp: cannot assign requested address

诡异的地方在于:CPU 只有 30%、内存空闲一半、网卡零丢包、ping 下游全通。盯着服务端看了半天没毛病。最后一条 ss -s 让我闭嘴了——timewait 那一行有 2 万多个,几乎把 32768–60999 这段端口吃满了。

二、原理:TIME_WAIT 为什么死死占着端口不放

先把机制讲成大白话。

TCP 连接由 4 元组唯一确定:源IP + 源端口 + 目的IP + 目的端口。客户端主动发起连接时,得自己挑一个"源端口"(临时端口)。当这条连接正常四次挥手关掉后,关闭方会把这条连接挂在 TIME_WAIT 状态上一段时间,默认是 60 秒(Linux 由 net.ipv4.tcp_fin_timeout 控制)。

为什么关完还占着不放?因为 TIME_WAIT 要等"最后一个 FIN 的重传窗口 + 2×MSL"过去,确保旧连接在网里的所有报文都死透了,否则新连接可能会"捡"到旧连接的迟到数据包,乱套。

关键数字算给你看:

  • 端口范围 32768 60999,一共约 28232 个可用端口;
  • 我们对同一个下游目标,800 QPS 短连接、每条挂 60s;
  • 理论端口吞吐上限 ≈ 28232 ÷ 60 ≈ 470 连接/秒;
  • 800 > 470,必然耗尽。

这就是为什么"CPU 内存都正常却发不出请求"——不是没算力,是没有源端口号可分配了。

三、具体做法(可复现)

1. 先确认是不是端口耗尽:

ss -s                                   # 看 timewait 计数
ss -ant state time-wait | wc -l         # TIME_WAIT 总数
ss -ant | awk 'NR>1{print $5}' | cut -d: -f1 | sort | uniq -c | sort -rn | head
# 看哪个目标 IP 占的端口最多
sysctl net.ipv4.ip_local_port_range net.ipv4.tcp_fin_timeout net.ipv4.tcp_tw_reuse

2. 治本(我强烈建议):别用短连接,改长连接 + 连接池 + HTTP keep-alive。 Go 侧把 http.Transport 的 MaxIdleConnsPerHost 调大、DisableKeepAlives 关掉;Java 侧用连接池复用 TCP 连接。连接复用了,TIME_WAIT 自然不涨,这是唯一根治法。

3. 治标(争取时间,不治本):

# 把端口范围往上扩(默认 32768 60999 → 1024 65535,约多 3 倍端口)
sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range="1024 65535"

# 允许出站连接在 TIME_WAIT 下复用端口(仅对出站有效,且需开启 TCP timestamp)
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1

4. 上监控告警: 把 timewait 计数 / 端口使用率进 Prometheus,超过可用端口的 70% 就告警,别等 cannot assign 刷出来了才发现。

四、踩过的坑(全是反直觉的)

  1. tcp_tw_reuse 只对"出站"有效,对入站连接没用。很多人以为它万能,结果在入站场景一点效果没有。
  2. tcp_tw_recycle 千万别开。它在 4.12 内核已被彻底移除,原因就是它在 NAT/负载均衡后面会按时间戳把正常包当"旧包"丢掉,一开就丢包。
  3. 调大端口范围只是把爆炸时间往后推,QPS 再涨照样爆,不是解药。
  4. 端口耗尽发生在"发起方"(客户端)侧,不是服务端。这次我们盯着服务端看了半天,纯属找错地方。
  5. 对多个目标反而慢一点:4 元组里目的 IP 不同,端口可以复用,所以打 3 个下游比打 1 个下游端口耗尽得慢——这也是为什么"多目标"看起来没那么快爆。

五、结论与可复用清单

一句话:TIME_WAIT 不是 bug,是 TCP 的保险丝;端口耗尽是"发起方短连接 + 高 QPS"的必然结果。

可复用 checklist:

  • [ ] 先 ss -s 看 timewait,再下结论是不是端口问题
  • [ ] 算一下 可用端口数 ÷ 60s 与 QPS 的比值,超过就预警
  • [ ] 长连接 + 连接池 + keep-alive 是根治
  • [ ] 调端口范围、开 tcp_tw_reuse(仅出站)是争取时间
  • [ ] tcp_tw_recycle 一律不碰
  • [ ] timewait 计数进监控,70% 阈值告警
  • [ ] 排查时先分清"发起方还是接收方",别找错端
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