UNIX编程专题-TCP连接探测详解

此问题在面试中经常出现

为什么需要TCP连接探测保活？

对于某端的非正常断开（如突然断电、网络故障、服务器突然崩溃等）,tcp连接的另一端并不能检测到. 为了回收资源, 必须提供一种检测机制.
很多防火墙对于scoket会检测，若是长时间处于空闲状态，可能自动关闭。

方案1：设置SO_KEEPALIVE套接字选项

给一个TCP套接字设置保持存活选项。如果keepalivetime小时内在该套接字的任意方向都没有数据的交换，则TCP就自动给对端发送一个保持存活探测分节（keep-alive probe）。这是一个对端必须响应的TCP分节，导致三种情况

对端以期望的TCP分节。应用进程没有任何反应（因为正常，所以默认没有反应）。又经过keepalivetime小时后，TCP将发送另一个探测分节，一直持续
对端以RST响应，它告知TCP：对端已经崩溃且已经重新启动。该套接字的待处理错误被设置为ECONNRESET,套接字本身则被关闭。

对端对保持存活探测分节没有任何响应。重新发送探测分节，尝试几次之后若在某规定时间内一直无对端的响应，则放弃。该套接字的待处理错误就被设置为ETIMEOUT，套接字本身被关闭。
此选项的功用是检测对端主机是否崩溃或变得不可达。如果对端进程崩溃，它的tcp将跨连接发送一个FIN，这可以通过select很容易检测到

使用方法:（类UNIX中）

在代码里针对每个socket进行单独设定, 使用起来灵活.

除了keepAlive 开关, 还有keepIdle, keepInterval, keepCount 3个属性, 使用简单, 如下:

int keepAlive = 1;   // 开启keepalive属性. 缺省值: 0(关闭)
int keepIdle = 60;   // 如果在60秒内没有任何数据交互,则进行探测. 缺省值:7200(s)
int keepInterval = 5;   // 探测时发探测包的时间间隔为5秒. 缺省值:75(s)
int keepCount = 2;   // 探测重试的次数. 全部超时则认定连接失效..缺省值:9(次)
setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void*)&keepAlive, sizeof(keepAlive));
setsockopt(s, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, (void*)&keepIdle, sizeof(keepIdle));
setsockopt(s, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, (void*)&keepInterval, sizeof(keepInterval));
setsockopt(s, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, (void*)&keepCount, sizeof(keepCount));

使用时需要#include <netinet/tcp.h>, 否则SOL_TCP和TCP_KEEPIDLE等3个宏找不到.

修改配置文件, 对整个系统所有的socket有效.

我们可以用cat命令查看到系统中这几个默认的值.

#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

修改它们:

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

#echo 5 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl

#echo 3 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes

方案2：自己在应用层实现心跳机制

自定义心跳消息结构，具体是服务器端还是客户端发送心跳包，看具体情况，另一端接收心跳信息后也要回应,逻辑上来说和设置SO_KEEPALIVE后tcp自带的探测过程相似。

方案3：利用第三方软件来实现心跳机制（原理其实和上述类似，只是我们从编码的角度出发）

不同方案间的比较：

   tcp协议自带心跳的优势和劣势：

优势：

tcp心跳提供最纯粹的检活功能（这可看着优势也可看成劣势），简洁有效
我们只需设置SO_KEPALIVE选项并设置相关参数，就可开启tcp协议的心跳机制，使得应用层开发的代码量减少。
更省流量

劣势：

tcp只提供纯粹的检活功能，不灵活。
心跳除了说明应用程序还活着（进程还在，网络通畅），更重要的是表明应用程序还能正常工作。而 TCP keepalive 有操作系统负责探查，即便进程死锁，或阻塞，操作系统也会如常收发 TCP keepalive 消息。对方无法得知这一异常，而如果我们通过在应用层编写自己的心跳机制，可以处理这种问题

  应用层实现的心跳机制优势额劣势:

             优势：

灵活性更大，应用层可更加随意的控制探测包的内部结构（可以捎带额外的信息）, 时间间隔、探测结果的分类处理等
更加通用，假如项目需要修改传输层协议或者移植平台，我们修改的代码量较少
劣势：

更费流量（因为处于应用层范畴）
增加了编写代码的工作量，增加了代码结构的复杂度