長串連和心跳包

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第一種設定：通過設定socket的keepalive屬性
#include    "/usr/include/linux/tcp.h"
#include "/usr/include/linux/socket.h"
////KeepAlive實現，單位秒
//下面代碼要求有ACE,如果沒有包含ACE,則請把用到的ACE函數改成linux相應的介面
int keepAlive = 1;//設定KeepAlive
int keepIdle = 5;//開始首次KeepAlive探測前的TCP空閉時間
int keepInterval = 5;//兩次KeepAlive探測間的時間間隔
int keepCount = 3;//判定斷開前的KeepAlive探測次數
if(setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,(void*)&keepAlive,sizeof(keepAlive)) == -1)
{
    ACE_DEBUG ((LM_INFO,
    ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt SO_KEEPALIVE error!/n")));
}

if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPIDLE,(void *)&keepIdle,sizeof(keepIdle)) == -1)
{
    ACE_DEBUG ((LM_INFO,
    ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt TCP_KEEPIDLE error!/n")));
}

if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPINTVL,(void *)&keepInterval,sizeof(keepInterval)) == -1)
{
    ACE_DEBUG ((LM_INFO,
    ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt TCP_KEEPINTVL error!/n")));
}

if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPCNT,(void *)&keepCount,sizeof(keepCount)) == -1)
{
    ACE_DEBUG ((LM_INFO,
    ACE_TEXT ("(%P|%t)setsockopt TCP_KEEPCNT error!/n")));
}

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TCP協議中有長串連和短串連之分。短串連在資料包發送完成後就會自己斷開，長串連在發包完畢後，會在一定的時間內保持串連，即我們通常所說的Keepalive（存活定時器）功能。
預設的Keepalive逾時需要7,200,000 milliseconds，即2小時，探測次數為5次。它的功效和使用者自己實現的心跳機制是一樣的。開啟Keepalive功能需要消耗額外的寬頻和流量，儘管這微不足道，但在按流量計費的環境下增加了費用，另一方面，Keepalive設定不合理時可能會因為短暫的網路波動而斷開健康的TCP串連。

keepalive並不是TCP規範的一部分。在Host Requirements RFC羅列有不使用它的三個理由：（1）在短暫的故障期間，它們可能引起一個良好串連（good connection）被釋放（dropped），（2）它們消費了不必要的寬頻，（3）在以資料包計費的互連網上它們（額外）花費金錢。然而，在許多的實現中提供了存活定時器。

一些伺服器應用程式可能代表用戶端佔用資源，它們需要知道用戶端主機是否崩潰。存活定時器可以為這些應用程式提供探測服務。Telnet伺服器和Rlogin伺服器的許多版本都預設提供存活選項。

個人電腦使用者使用TCP/IP協議通過Telnet登入一台主機，這是能夠說明需要使用存活定時器的一個常用例子。如果某個使用者在使用結束時只是關掉了電源，而沒有登出（log off），那麼他就留下了一個半開啟（half-open）的串連。如果用戶端消失，留給了伺服器端半開啟的串連，並且伺服器又在等待用戶端的資料，那麼等待將永遠持續下去。存活特徵的目的就是在伺服器端檢測這種半開啟串連。

也可以在用戶端設定存活器選項，且沒有不允許這樣做的理由，但通常設定在伺服器。如果串連兩端都需要探測對方是否消失，那麼就可以在兩端同時設定（比如NFS）。

keepalive工作原理：

若在一個給定串連上，兩小時之內無任何活動，伺服器便向用戶端發送一個探測段。（我們將在下面的例子中看到探測段的樣子。）用戶端主機必須是下列四種狀態之一：

1) 用戶端主機依舊活躍（up）運行，並且從伺服器可到達。從用戶端TCP的正常響應，伺服器知道對方仍然活躍。伺服器的TCP為接下來的兩小時複位存活定時器，如果在這兩個小時到期之前，串連上發生應用程式的通訊，則定時器重新為往下的兩小時複位，並且接著交換資料。

2) 用戶端已經崩潰，或者已經關閉（down），或者正在重啟過程中。在這兩種情況下，它的TCP都不會響應。伺服器沒有收到對其發出探測的響應，並且在75秒之後逾時。伺服器將總共發送10個這樣的探測，每個探測75秒。如果沒有收到一個響應，它就認為用戶端主機已經關閉並終止串連。

3) 用戶端曾經崩潰，但已經重啟。這種情況下，伺服器將會收到對其存活探測的響應，但該響應是一個複位，從而引起伺服器對串連的終止。

4) 用戶端主機活躍運行，但從伺服器不可到達。這與狀態2類似，因為TCP無法區別它們兩個。它所能表明的僅是未收到對其探測的回複。

 

伺服器不必擔心用戶端主機被關閉然後重啟的情況（這裡指的是操作員執行的正常關閉，而不是主機的崩潰）。當系統被操作員關閉時，所有的應用程式進程（也就是用戶端進程）都將被終止，用戶端TCP會在串連上發送一個FIN。收到這個FIN後，伺服器TCP向伺服器處理序報告一個檔案結束，以允許伺服器檢測這種狀態。

在第一種狀態下，伺服器應用程式不知道存活探測是否發生。凡事都是由TCP層處理的，存活探測對應用程式透明，直到後面2，3，4三種狀態發生。在這三種狀態下，通過伺服器的TCP，返回給伺服器應用程式錯誤資訊。（通常伺服器向網路發出一個讀請求，等待用戶端的資料。如果存活特徵返回一個錯誤資訊，則將該資訊作為讀操作的傳回值返回給伺服器。）在狀態2，錯誤資訊類似於“連線逾時”。狀態3則為“串連被對方複位”。第四種狀態看起來像連線逾時，或者根據是否收到與該串連相關的ICMP錯誤資訊，而可能返回其它的錯誤資訊。

linux核心包含對keepalive的支援。其中使用了三個參數：tcp_keepalive_time（開啟keepalive的閑置時 長）tcp_keepalive_intvl（keepalive探測包的發送間隔）和tcp_keepalive_probes （如果對方不予應答，探測包的發送次數）；在liunx中，keepalive是一個開關選項，可以通過函數來使能。具體地說，可以使用以下代碼：
setsockopt(rs, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void *)&keepAlive, sizeof(keepAlive));

 

當tcp檢測到對端socket不再可用時(不能發出探測包,或探測包沒有收到ACK的響應包),select會返回socket可讀,並且在recv時返回-1,同時置上errno為ETIMEDOUT。此時TCP的狀態是斷開的。

keepalive參數設定代碼如下： 

// 開啟KeepAlive
BOOL bKeepAlive = TRUE;
int nRet = ::setsockopt(socket_handle, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (char*)&bKeepAlive, sizeof(bKeepAlive));
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
return FALSE;
}

// 設定KeepAlive參數
tcp_keepalive alive_in                = {0};
tcp_keepalive alive_out                = {0};
alive_in.keepalivetime                = 5000;                // 開始首次KeepAlive探測前的TCP空閉時間
alive_in.keepaliveinterval        = 1000;                // 兩次KeepAlive探測間的時間間隔
alive_in.onoff                                = TRUE;
unsigned long ulBytesReturn = 0;
nRet = WSAIoctl(socket_handle, SIO_KEEPALIVE_VALS, &alive_in, sizeof(alive_in),
&alive_out, sizeof(alive_out), &ulBytesReturn, NULL, NULL);
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
return FALSE;
}

開啟Keepalive選項之後，對於使用IOCP模型的伺服器端程式來說，一旦檢測到串連斷開，GetQueuedCompletionStatus函數將立即返回FALSE，使得伺服器端能及時清除該串連、釋放該串連相關的資源。對於使用select模型的用戶端來說，串連斷開被探測到時，以recv目的阻塞在socket上的select方法將立即返回SOCKET_ERROR，從而得知串連已失效，用戶端程式便有機會及時執行清除工作、提醒使用者或重新串連。

TCP串連非正常斷開的檢測(KeepAlive探測)

此處的”非正常斷開”指TCP串連不是以優雅的方式斷開,如網線故障等物理鏈路的原因,還有突然主機斷電等原因

有兩種方法可以檢測:1.TCP串連雙方定時發握手訊息 2.利用TCP協議棧中的KeepAlive探測

第二種方法簡單可靠,只需對TCP串連兩個Socket設定KeepAlive探測。


在windows下使用，要包含MSTcpIP.h的標頭檔。點擊下面的連結即可下載這個檔案
  MSTcpIP 

備忘：長串連雖好，但是比較好用但是佔用系統資源比較大。個人建議如無特殊需要，用自己的心跳包機制最好。

 

轉自：

長串連和心跳包