关于单机单网卡最大连接数的一些思考
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Mar 28, 2020
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关于单机单网卡最大连接数的一些思考
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说起端口号范围基本都可以信手拈来0-65535，但是为什么是0-65535而不是其他数值呢？这个是TCP数据包结构决定的，先看下TCP数据包结构图：
可以看到源端口号和目的端口号都是16位，所以端口范围就是0-(2^16-1)，也就是0-65535，同理，UDP的数据包结构中，源端口号和目的端口各占16位，端口范围也是0-65535。
那么单机单网卡维持的连接能超过65535吗？
这就涉及到五元组的概念，五元组：源IP，源端口，协议，目的IP，目的端口；一个五元组确定一个TCP会话，对于TCP而言，协议已经确定了，所有由端口源IP，源端口，协议，目的IP来确定一个TCP会话，TCP是多路复用的，参考RFC文档：
To allow for many processes within a single Host to use TCP communication facilities simultaneously, the TCP provides a set of addresses or ports within each host. Concatenated with the network and host addresses from the internet communication layer, this forms a socket. A pair of sockets uniquely identifies each connection. That is, a socket may be simultaneously used in multiple connections.
- 服务端
服务端的监听端口和地址确定的了，只要目的IP或者目的端口不通都算一个会话，理论上没有限制，受限于CPU和内存资源。
- 客户端
由于客户端是发起连接的，发起TCP会随机选择本地端口，而0-1023低位端口又是留给特定服务的，实际客户端自身能发起的连接数理论不会超过64512。
那么NAT设备（例如：路由器）的最大连接数是多少？
NAT设备负责网络转发，其背后不止一台设备，NAT设备会篡改源IP地址或者源端口，准确来说是一定会改源IP，端口不一定改，相对于外网而言，由于nat后面的设备可以看做一个整体，而nat发起的连接是有限的（65535？），所以一个nat的带机量是有限（是否可以通过多层nat设备解决？）
由此想到一个案例，以前住出租屋的时候网络用的大内网，很多人共用一条光纤，我在阿里云上搭建了一个FTP服务器（被动模式），用出租屋的网络一直都连不上，用公司网络就没问题，或者经过VPN中转也是没问题的，百思不得其解。然后就看FTP的调试日志，由于FTP控制端口和数据端口是分开的，发现控制端口的连接和数据传输端口的连接源地址不一样，也就是说，服务端接受控制端口的连接后开始传输数据时发现客户端的IP变了，然后终端数据传输。故我猜测是网络同构了多层nat造成的（未经验证）。