一、本地端口有哪些可用
首先，需要了解到TCP协议中确定一条TCP连接有4要素：local IP, local PORT, remote IP, remote PORT。这个四元组应该是唯一的。
在我们发送HTTP请求的时候，local IP remote IP remote PORT是固定的，只有local PORT是可变的，可用的local PORT的数量就限制了client和server之间TCP连接数的数量。
TCP协议中PORT部分是用两个字节来表示的，也就是说可用的端口数量肯定不能超过65536个。
可以通过sysctl -a|grep net.ipv4.ip_local_port_range 来查看，比如我在一台机器上看到:
net.ipv4.ip_local_port_range = 32768 61000
表示client可用的端口是[32768, 61000]，共28233个。那么这台机器和另外任意一台机器，同时只能建立28233个TCP连接。
二、短连接并不会同时存在大量TCP连接，端口为什么还是耗尽了？
上一步我们分析到，client和server之间只能同时存在28233个TCP连接，但是我们的压测用的是短连接，连接用完就释放掉了，端口应该也会释放掉，为啥还会产生端口耗尽的问题呢？
这就需要提到TIME_WAIT这个状态了，TCP连接断开的时候，主动发起连接断开操作的一方，最后会停留在TIME_WAIT状态，会持续2*MSL的时长，
这个状态的端口是不能被使用的，准确的说是当新的TCP连接的local IP remote IP和remote PORT和TIME_WAIT状态的连接一致时这个端口不能被使用。
这个值在CentOS上可以通过sysctl -a|grep net.ipv4.tcp_fin_timeout来查看，我这台机器上是：
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 60
表示TIME_WAIT会保持60秒。
可以推论：
如果client机器有28233端口可用，TIME_WAIT 60秒，短连接的方式发起请求，那么这个client发起的请求的QPS是不能超过28233/60的。
三、为什么有TIME_WAIT状态
想象这么一个场景：
- A和B建立了一个TCP连接，A向B发送消息包1 2 3，消息包3传给B的时候延迟了，A又重传了消息包3，A和B完成通信断开连接，双方都很happy。
2. A和B又建立一个TCP连接，用了相同的local IPlocal PORTremote IPremote PORT，A向B发送消息包1 2，B收到1 2之后
上一个连接延迟的消息包3来了，B无法区分这个消息包是上一个TCP连接的
TIME_WAIT状态主要就是为了解决这个问题：防止延迟的无效消息包被误认为是合法的。
TIME_WAIT状态持续2倍MSL之后，可以确保老的TCP连接逗留在网络上的消息包已经全部消失了。
四、单台机器发送请求每秒要超过（可用端口数/tcp_fin_timeout）怎么办
使用长连接或者打开tcp_tw_reuse。
那么为什么打开tcp_tw_reuse就可以使用TIME_WAIT状态的端口呢？不怕延迟的消息包被误认为合法的么？
这里就需要提到另外一个选项了：tcp_timestamps，打开这个选项之后，TCP包里面会带上发包机器的当前时间戳。
可以这么想象一下：如果每个TCP包带上原始发包时的时间戳，如果一个延迟的消息包到达B，B可以拿这个消息包的时间和TCP连接建立的时间做一个对比，
如果消息包的时间比较早，那么这就是上一个TCP连接延迟的消息包，丢弃掉就好。
通过时间戳的比较，也可以解决延迟消息包被误认为合法的问题。因此同时打开tcp_timestamps和tcp_tw_reuse之后，client端的TIME_WAIT端口是可以被复用的。
但要注意的是：
1. tcp_timestamps需要client和server端同时打开才生效（我们这次遇到端口耗尽的问题就是因为server端没有打开tcp_timestamps选项）
2. tcp_timestamps精确到秒，也就是TIME_WAIT状态的端口也在下一秒才可以重用，如果继续使用短连接的话，发送请求的QPS是不能超过可用端口数的
参考：