TCP Socket链接检测方法

TCP网络应用程序开发中，如果遇到了需要检查Socket链接问题，通常是对这个TCP通道的时效性提出了要求。

应用开发诉求

1）客户端需要了解管道提供正常数据通信链路

2）客户端需要确保管道异常后重新建链

3）服务端需要了解链接客户端链接状态

4）服务端需要及时释放通道异常的客户端管道资源

常用解决方法

开发应用过程中遇到这种问题，通常有以下两种方法解决：

1）通过TCP协议栈自带链路检测功能

2）通过网络应用程序心跳机制实现检测功能（这里不做展开，最简单的方式就是心跳握手）

Keepalive机制介绍

当建立一个TCP链接的时候，系统会设置一系列的定时器，其中一部分就是用来处理Keepalive过程的。当Keepalive定时器递减到0的时候，协议栈就会发送一个TCP Keepalive probe包，远端就会响应一个reply包。当发送Keepalive probe包收到reply包的时候，就可以认定链接任然是有效的。反之，就可以认为链接无效，需要进一步采取措施。当然这个机制的介入，会对TCP通信带来一定的额外开销。

典型场景

终端异常

_____                                                     _____
|     |                                                   |     |
|  S  |                                                   |  C  |
|_____|                                                   |_____|
^                                                         ^
|--->--->--->-------------- SYN -------------->--->--->---|
|---<---<---<------------ SYN/ACK ------------<---<---<---|
|--->--->--->-------------- ACK -------------->--->--->---|
|                                                         |
|                                       system crash ---> X
|
|                                     system restart ---> ^
|                                                         |
|--->--->--->-------------- PSH -------------->--->--->---|
|---<---<---<-------------- RST --------------<---<---<---|
|                                                         |

网络异常

_____           _____                                     _____
|     |         |     |                                   |     |
|  S  |         | NAT |                                   |  C  |
|_____|         |_____|                                   |_____|
^               ^                                         ^
|--->--->--->---|----------- SYN ------------->--->--->---|
|---<---<---<---|--------- SYN/ACK -----------<---<---<---|
|--->--->--->---|----------- ACK ------------->--->--->---|
|               |                                         |
|               | <--- connection deleted from table      |
|               |                                         |
|--->- PSH ->---| <--- invalid connection                 |
|               |                                         |

Keepalive参数介绍

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
7200

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
75

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes
9

tcp_keepalive_time：表示2小时(7200 秒)开始发送第一个keepalive probe包

tcp_keepalive_intvl：表示每隔75秒发送一次keepalive probe包

tcp_keepalive_probes：表示如果没有收到ACK响应，连续尝试9次失败后，标记该链接断链

Keepalive参数设置

echo

# echo 600 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time

# echo 60 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl

# echo 20 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes

sysctl

# sysctl \
> net.ipv4.tcp_keepalive_time \
> net.ipv4.tcp_keepalive_intvl \
> net.ipv4.tcp_keepalive_probes
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 7200
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 75
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 9

# sysctl -w \
> net.ipv4.tcp_keepalive_time=600 \
> net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=60 \
> net.ipv4.tcp_keepalive_probes=20
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 60
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 20

C语言编程API

int setsockopt(int s, int level, int optname,
const void *optval, socklen_t optlen)

TCP_KEEPCNT: overrides tcp_keepalive_probes

TCP_KEEPIDLE: overrides tcp_keepalive_time

TCP_KEEPINTVL: overrides tcp_keepalive_intvl

例如：

/* --- begin of keepalive test program --- */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main(void);

int main()
{
int s;
int optval;
socklen_t optlen = sizeof(optval);

/* Create the socket */
if((s = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0) {
perror("socket()");
exit(EXIT_FAILURE);
}

/* Check the status for the keepalive option */
if(getsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &optval, &optlen) < 0) {
perror("getsockopt()");
close(s);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("SO_KEEPALIVE is %s\n", (optval ? "ON" : "OFF"));

/* Set the option active */
optval = 1;
optlen = sizeof(optval);
if(setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &optval, optlen) < 0) {
perror("setsockopt()");
close(s);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("SO_KEEPALIVE set on socket\n");

/* Check the status again */
if(getsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &optval, &optlen) < 0) {
perror("getsockopt()");
close(s);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("SO_KEEPALIVE is %s\n", (optval ? "ON" : "OFF"));

close(s);

exit(EXIT_SUCCESS);
}

/* ---  end of keepalive test program  --- */