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问题

一台主机上只能保持最多 65535 个 TCP 连接吗？

回答
一台主机上最多能保持多少个 TCP 连接，理论上的最大值是 65535 个，但实际情况远比这个复杂，并且受多种因素影响，很多情况下远达不到这个理论值。

下面我将详细解释这个问题：

1. TCP 连接的本质：端口号

一个 TCP 连接在客户端和服务器端都通过一个唯一的组合来标识：

客户端标识: IP 地址 + 客户端端口号
服务器端标识: IP 地址 + 服务器端口号

为了建立一个唯一的 TCP 连接，需要考虑以下四元组：

源 IP 地址
源端口号
目标 IP 地址
目标端口号

2. 端口号的限制

TCP（以及 UDP）协议规定，端口号是 16 位无符号整数，这意味着端口号的取值范围是 0 到 65535。

0 号端口: 保留端口，通常不用于应用程序。
11023 号端口: wellknown ports (周知端口)，通常用于系统服务（如 80 用于 HTTP，443 用于 HTTPS，22 用于 SSH）。这些端口通常需要 root 权限才能绑定。
102449151 号端口: registered ports (注册端口)，可以由应用程序注册使用。
4915265535 号端口: dynamic/private ports (动态/私有端口)，可以由客户端临时分配使用。

3. 为什么理论上是 65535？

如果我们假设主机是服务器端，并且它正在服务大量客户端，那么对于同一个服务器 IP 地址和同一个服务器端口号，它能够接受的连接数量就取决于客户端的端口号。

如果服务器监听的是一个固定的端口（例如 80），并且客户端可以从 065535 中的任何一个端口发起连接（虽然实际不会从 0 和 11023 发起，除非是特权进程），那么理论上，一台主机可以为 65535 个不同的客户端 IP 地址 提供服务，或者为 同一个客户端 IP 地址 提供服务，但每次客户端使用的源端口号都不同。
更确切地说，如果你的服务器 IP 是 A.A.A.A，监听端口是 P，那么它可以与 B.B.B.B:p1, B.B.B.B:p2, ..., C.C.C.C:p3, ... 建立连接。

所以，理论上 65535 这个数字来自于端口号的 16 位表示。

4. 实际限制因素：为什么很难达到 65535？

实际情况比理论值要复杂得多，以下是一些主要限制因素：

客户端可用端口数量:
作为服务器端: 如果你的主机是服务器，它监听一个固定端口（如 80），它可以接受来自不同客户端 IP 地址的连接。每个客户端发起连接时会使用自己的一个临时端口。如果连接的另一端是同一个客户端 IP，那么每次连接都必须使用一个不同的客户端源端口号。因此，一台服务器能够接受多少来自同一客户端 IP 的连接，就取决于该客户端有多少可用端口。客户端通常也有 65535 个可用端口。
作为客户端端: 如果你的主机是客户端，需要发起大量连接到某个服务器（或其他服务器），那么你的主机能够发起的连接数量就取决于你的主机有多少可用的源端口号。在这种情况下，你的主机自己就受 65535 个可用端口的限制。

系统资源限制 (最重要):
文件描述符限制 (File Descriptors): 在类 Unix 系统（如 Linux, macOS）中，每一个 TCP 连接都会被操作系统视为一个打开的文件。操作系统对每个进程以及整个系统打开的文件数量都有一个上限。这个上限通常比 65535 要小很多，而且是可以配置的。
进程级别限制 (ulimit n): 每个用户/进程都有一个文件描述符的最大数量。默认值可能在几千到几万之间。
系统级别限制 (fs.filemax): 整个系统对打开文件总数的限制。
当尝试创建的连接数超过这些限制时，操作系统会拒绝新的连接请求。
内存 (RAM): 每个 TCP 连接都需要占用一定的内存来存储其状态信息（如 TCP 控制块 TCB、发送/接收缓冲区、重传计时器等）。当连接数非常庞大时，所需的内存可能会耗尽。
CPU: 管理大量连接（如处理 SYN/ACK, 数据包收发, 重传等）会消耗 CPU 资源。CPU 性能也会成为瓶颈。
网络带宽: 即使连接数达到理论值，如果网络带宽不足以支撑这些连接的数据传输，那么连接的实际效用也会非常有限。

Ephemeral Port Range (临时端口范围):
在客户端发起连接时，操作系统会从一个称为“临时端口范围”的端口集合中选择一个未使用的端口作为源端口。这个范围通常在 32768 到 60999 之间（具体范围可以在 `/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range` 中查看）。
这意味着，即使理论上总共有 65535 个端口，客户端用于发起连接的可用临时端口数量实际上是有限的（大约 28000 个）。
作为服务器端: 如果你的服务器需要同时服务大量的客户端，并且这些客户端都来自同一个 IP 地址，那么你的服务器能接受的连接数就受限于客户端的可用临时端口数量。

TCP/IP 协议栈的实现: 操作系统的 TCP/IP 协议栈如何高效地管理和跟踪大量的连接也会影响性能。

应用程序的设计: 应用程序本身的效率、线程模型、网络库等也会影响其能处理的并发连接数。

5. 如何查看和调整限制？

查看文件描述符限制 (Linux):
查看当前进程的文件描述符限制: `ulimit n`
查看系统总文件描述符限制: `sysctl fs.filemax` 或 `cat /proc/sys/fs/filemax`
永久修改需要修改 `/etc/security/limits.conf` 文件。

查看临时端口范围 (Linux):
`cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range`

总结:

一台主机上最多能保持的 TCP 连接数量，理论上可以通过端口号的组合来计算出 65535 这个上限。然而，在实际应用中，文件描述符限制、内存、CPU 以及客户端的可用临时端口数量等系统资源和配置限制，往往会使得实际能够维持的连接数远低于这个理论值。

对于大多数 Web 服务器或网络服务而言，能够稳定处理几千到几万个并发连接已经算是不错的性能了，而要达到并稳定维持 65535 个连接，则需要对系统进行深度优化和配置调整，并且往往需要硬件的支撑。

网友意见

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答案，不是的，下面讲个故事。


我是一个 Linux 服务器上的进程，名叫小进。老是有人说我最多只能创建 65535 个 TCP 连接。我不信这个邪，今天我要亲自去实践一下。我走到操作系统老大的跟前，说："老操，我要建立一个 TCP 连接！"老操不慌不忙，拿出一个表格递给我，"小进，先填表吧"

我一看这个表，这不就是经典的socket 四元组嘛。我只有一块网卡，其 IP 地址是123.126.45.68，我想要与110.242.68.3的 80 端口建立一个 TCP 连接，我将这些信息填写在了表中。

源端口号填什么呢？我记得端口号是 16 位的，可以有 0 ~ 65535 这个范围的数字，那我随便选一个吧！正当我犹豫到底选什么数字的时候，老操一把抢过我的表格。"你墨迹个啥呢小进？源端口号不用你填，我会给你分配一个可用的数字。源IP也不用你填，我知道都有哪些网卡，并且会帮你选个合适的。真是个新手，回去等消息吧。""哦"老操带着我的表格，走了。过了很长时间，老操终于回来了，并且带着一个纸条。

"小进，你把这个收好了。"我问道，"这是啥呀？"老操不耐烦地说道，"刚刚说你是新手你还不服，这个 5 表示文件描述符，linux 下一切皆文件，你待会和你那个目标 IP 进行 TCP 通信的时候，就对着这个文件描述符读写就好啦。""这么方便！好的，谢谢老操。"我拿着这个文件描述符，把它放到属于我的内存中裱起来了，反正我只是想看看最多能创建多少 TCP 连接，又不是去真的用它，嘻嘻。

端口号

过了一分钟，我又去找老操了。"老操，我要建立一个 TCP 连接！"老操不慌不忙，拿出一个表格递给我，"小进，先填表吧"

这回我熟悉了，只把目标IP和目标端口填好。

老操办好事之后，又带着一个纸条回来，上面写着数字"6"。就这样，我每隔一分钟都去找老操建立一个新的 TCP 连接，目标 IP 都是110.242.68.3，目标端口都是 80。老操也很奇怪，不知道我在这折腾啥，他虽然权力大，但无权拒绝我的指令，每次都兢兢业业地把事情办好，并给我一张一张写着文件描述符的纸条。直到有一次，我收到的纸条有些不同。

我带着些许责怪的语气问，"老操，这是怎么回事呀？"老操也没好气地说，"这表示端口号不够用啦！早就觉得你小子不对劲了，一个劲地对着同一个 IP 和端口创建 TCP 连接，之前没办法必须执行你给的指令，现在不行了，端口号不够用了，源端口那里我没法给你填了。"我也不是那么好骗的，质疑道。"老操，你也别欺负我这个新手，我可是知道端口号是 16 位的，范围是 1~65535，一共可以创建 65535 个 TCP 连接，我现在才创建了 63977 个，怎么就不够了！"老操鄙视地看了我一眼，"你小子可真是闲的蛋疼啊，还真一个个数，来我告诉你吧，Linux 对可使用的端口范围是有具体限制的，具体可以用如下命令查看。"

       [root]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range  1024 65000

"看到没，当前的限制是1024~65000，所以你就只能有63977个端口号可以使用。"

我赶紧像老操道歉，"哎哟真是抱歉，还是我见识太少，那这个数可以修改么？"老操也没跟我一般见识，还是耐心地回答我，"可以的，具体可以 vim /etc/sysctl.conf 这个文件进行修改，我们在这个文件里添加一行记录"

       net.ipv4.ip_local_port_range = 60000 60009

"保存好后执行 sysctl -p /etc/sysctl.conf 使其生效。这样你就只有 10 个端口号可以用了，就会更快报出端口号不够用的错误""原来如此，谢谢老操又给我上了一课。"哎不对，建立一个 TCP 连接，需要将通信两端的套接字（socket）进行绑定，如下：源 IP 地址：源端口号 <----> 目标 IP 地址：目标端口号只要这套绑定关系构成的四元组不重复即可，刚刚端口号不够用了，是因为我一直对同一个目标IP和端口建立连接，那我换一个目标端口号试试。

我又把这个表交给老操，老操一眼就看破了我的小心思，可是也没办法，马上去给我建立了一个新的TCP连接，并且成功返回给我一个新的文件描述符纸条。看来成功了，只要源端口号不用够用了，就不断变换目标 IP 和目标端口号，保证四元组不重复，我就能创建好多好多 TCP 连接啦！这也证明了有人说最多只能创建 65535 个TCP连接是多么荒唐。

文件描述符

找到了突破端口号限制的办法，我不断找老操建立TCP连接，老操也拿我没有办法。直到有一次，我又收到了一张特殊的纸条，上面写的不是文件描述符。

我又没好气地问老操，"这又是咋回事？"老操幸灾乐祸地告诉我，"呵呵，你小子以为突破端口号限制就无法无天了？现在文件描述符不够用啦！""怎么啥啥都有限制啊？你们操作系统给我们的限制也太多了吧？""废话，你看看你都建了多少个TCP连接了！每建立一个TCP连接，我就得分配给你一个文件描述符，linux 对可打开的文件描述符的数量分别作了三个方面的限制。"

系统级：当前系统可打开的最大数量，通过 cat /proc/sys/fs/file-max 查看

用户级：指定用户可打开的最大数量，通过 cat /etc/security/limits.conf 查看

进程级：单个进程可打开的最大数量，通过 cat /proc/sys/fs/nr_open 查看



天呢，真是人在屋檐下呀，我赶紧看了看这些具体的限制。

       [root ~]# cat /proc/sys/fs/file-max 100000 [root ~]# cat /proc/sys/fs/nr_open 100000 [root ~]# cat /etc/security/limits.conf ... * soft nproc 100000 * hard nproc 100000

原来如此，我记得刚刚收到的最后一张纸条是。

再之后就收到文件描述符不够的错误了。我又请教老操，"老操，那这个限制可以修改么？"老操仍然耐心地告诉我，"当然可以，比如你想修改单个进程可打开的最大文件描述符限制为100，可以这样。"

       echo 100 > /proc/sys/fs/nr_open

"原来如此，我这就去把各种文件描述符限制都改大一点，也不多，就在后面加个0吧""额，早知道不告诉你小子了。"老操再次用鄙视的眼睛看着我。

线程

突破了文件描述符限制，我又开始肆无忌惮地创建起了TCP连接。但我发现，老操的办事效率越来越慢，建立一个TCP连接花的时间越来越久。有一次，我忍不住责问老操，"你是不是在偷懒啊？之前找你建一个TCP连接就花不到一分钟时间，你看看最近我哪次不是等一个多小时你才搞好？"老操也忍不住了，"小进啊你还好意思说我，你知不知道你每建一个TCP连接都需要消耗一个线程来为你服务？现在我和CPU老大那里都忙得不可开交了，一直在为你这好几十万个线程不停地进行上下文切换，我们精力有限啊，自然就没法像以前那么快为你服务了。"

听完老操的抱怨，我想起了之前似乎有人跟我说过C10K问题，就是当服务器连接数达到 1 万且每个连接都需要消耗一个线程资源时，操作系统就会不停地忙于线程的上下文切换，最终导致系统崩溃，这可不是闹着玩的。我赶紧像操作系统老大请教，"老操，实在不好意思，一直以为你强大无比，没想到也有忙得不可开交的时候呀，那我们现在应该怎么办呀？"老操无奈地说，"我劝你还是别再继续玩了，没什么意义，不过我想你也不会听我的，那我跟你说两句吧。"你现在这种每建一个TCP连接就创建一个线程的方式，是最传统的多线程并发模型，早期的操作系统也只支持这种方式。但现在我进化了，我还支持 IO 多路复用的方式，简单说就是一个线程可以管理多个 TCP 连接的资源，这样你就可以用少量的线程来管理大量的 TCP 连接了。

我一脸疑惑，"啥是 IO 多路复用啊？"。老操一脸鄙视，"你这... 你去看看闪客的《你管这破玩意叫 IO 多路复用》，就明白了。"这次真是大开眼界了，我赶紧把代码改成了这种 IO 多路复用的模型，将原来的 TCP 连接销毁掉，改成同一个线程管理多个 TCP 连接，很快，操作系统老大就恢复了以往的办事效率，同时我的 TCP 连接数又多了起来。

内存

突破了端口号、文件描述符、线程数等重重限制的我，再次肆无忌惮地创建起了TCP连接。直到有一次，我又收到了一张红牌。

嗨，又是啥东西限制了呀，改了不就完了。我不耐烦地问老操，"这回又是啥毛病？"老操说道。"这个错误叫内存溢出，每个TCP连接本身，以及这个连接所用到的缓冲区，都是需要占用一定内存的，现在内存已经被你占满了，不够用了，所以报了这个错。"

我看这次老操特别耐心，也没多说什么，但想着被内存限制住了，有点不太开心，于是我让老操帮我最后一个忙。"老操呀，帮小进我最后一个忙吧，你权利大，你看看把那些特别占内存的进程给杀掉，给我腾出点地方，我今天要完成我的梦想，看看TCP连接数到底能创建多少个！"老操见我真的是够拼的，便答应了我，杀死了好多进程，我很是感动。

CPU

有了老操为我争取的内存资源，我又开始日以继日地创建TCP连接。老操也不再说什么，同样日以继日地执行着我的指令。有一次，老操语重心长地对我说，"差不多了，我劝你就此收手吧，现在 CPU 的占用率已经快到 100% 了。"

我觉得老操这人真的可笑，经过这几次的小挫折，我明白了只要思想不滑坡，方法总比苦难多，老操这人就是太谨慎了，我岂能半途而废，不管他。我仍然继续创建着 TCP 连接。直到有一天，老操把我请到一个小饭馆，一块吃了顿饭，吃好后说道。"咱哥俩也算是配合了很久啦，今天我是来跟你道个别的。"我很不解地问，"怎么了老操，发生什么事了？。"老操说，"由于你的 TCP 连接，CPU 占用率已经很长时间维持在 100%，我们的使用者，也就是我们的上帝，几乎什么事情都做不了了，连鼠标动一下都要等好久，所以他给我下达了一个重启的指令，我执行这个指令后，你，以及像你一样的所有进程，包括我这个操作系统本身，一切都就消失了。"我大惊失色，"啊，这么突然么？这条指令什么时候执行？"老操缓缓起身，"就现在了，刚刚这条指令还没得到 CPU 运行的机会，不过现在到了。"突然，我眼前一黑，一切都没了。

总结

资源 一台Linux服务器的资源 一个TCP连接占用的资源 占满了会发生什么
CPU 看你花多少钱买的 看你用它干嘛 电脑卡死
内存 看你花多少钱买的 取决于缓冲区大小 OOM
临时端口号 ip_local_port_range 1 cannot assign requested address
文件描述符 fs.file-max 1 too many open files
进程线程数 ulimit -n 看IO模型 系统崩溃

------------------------------------------ 追更 ----------------------------------------------

想不到突然获得这么多赞，其实我写的原文中还有后记部分，被我删了，因为有几个动图总是动不起来，大家感兴趣的话可以再看看原文哈。

最多能创建多少个 TCP 连接？

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