（轉）TCP連接異常斷開檢測

TAG: TCP連接異常斷開 TCP斷鏈

TCP是一種面向連接的協議，連接的建立和斷開需要通過收發相應的分節來實現。某些時候，由於網絡的故障或是一方主機的突然崩潰而另一方無法檢測到，以致始終保持着不存在的連接。下面介紹一種方法來檢測這種異常斷開的情況

1) 在TCP協議中提供了KEEPALIVE檢測。該選項使能后，在一個TCP連接上，若指定的一段時間內沒有數據交換，則自動發送分節等待對方確認。

     SO_KEEPALIVE : 該選項設置是否打開探測
             TCP_KEEPIDLE : 開始發送探測分節前等待的空閑時間
             TCP_KEEPINTVL: 兩次發送探測分節的時間間隔
             TCP_KEEPCNT: 判定斷開前發送探測分節的次數

2) 設定探測相關選項值

     int keepalive = 1;             // 打開探測
             int keepidle = 60;        // 開始探測前的空閑等待時間
             int keepintvl = 10;        // 發送探測分節的時間間隔
             int keepcnt = 3;        // 發送探測分節的次數

3) 設置套接字的屬性

     if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void *)&keepalive, sizeof (keepalive) < 0)
             {
                     perror(“fail to set SO_KEEPALIVE”);
                     exit(-1);
             }
             if (setsockopt(sockfd, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, (void *) &keepidle, sizeof (keepidle) < 0)
             {
                     perror(“fail to set SO_KEEPIDLE”);
                     exit(-1);
             }
             if (setsockopt(sockfd, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, (void *)&keepintvl, sizeof (keepintvl) < 0)
             {
                     perror(“fail to set SO_KEEPINTVL”);
                     exit(-1);
             }
             if (setsockopt(sockfd, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, (void *)&keepcnt, sizeof (keepcnt) < 0)
             {
                     perror(“fail to set SO_KEEPALIVE”);
                     exit(-1);
             }

一旦打開KEEPALIVE探測，當TCP連接異常斷開后，對sockfd進行recv操作會返回-1，並且errno的值為ETIMEDOUT。

這樣一來就可以很方便的在應用程序中檢測TCP連接的情況，如果檢測到異常斷開最簡單的處理就是關閉連接。

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WinSock TCP keepalive的機理及使用

TCP 是面向連接的 , 在實際應用中通常都需要檢測對端是否還處於連接中。如果已斷開連接，主要分為以下幾種情況：
1. 連接的對端正常關閉，即使用 closesocket 關閉連接。
2. 連接的對端非正常關閉，包括對端異常關閉，網絡斷開等情況。

對於第一種情況，很好判斷，但是對於第二種情況，可能會要麻煩一些。在網上找到了一些文章，大致有以下兩種解決方法：
Ÿ 自己編寫心跳包程序
簡單的說也就是在自己的程序中加入一條線程，定時向對端發送數據包，查看是否有 ACK ，如果有則連接正常，沒有的話則連接斷開。
Ÿ 使用 TCP 的 keepalive 機制
這個需要在 WinSock 編程時對當前 SOCKET 進行相應設置即可，比較方便。

為了方便起見，我這里采用 keepalive 機制，下面我就以 WinSock 上我實驗得到的結果來大致講一下其機理和使用方法。

首先說一下 keepalive 來判斷異常斷開的原理，其實 keepalive 的原理就是 TCP 內嵌的一個心跳包。

以服務器端為例，如果當前 server 端檢測到超過一定時間（默認是 7,200,000 milliseconds ，也就是 2 個小時）沒有數據傳輸，那么會向client 端發送一個 keep-alive packet （該 keep-alive packet 就是 ACK 和當前 TCP 序列號減一的組合），此時 client 端應該為以下三種情況之一：

1. client 端仍然存在，網絡連接狀況良好。此時 client 端會返回一個 ACK 。 server 端接收到 ACK 后重置計時器，在 2 小時后再發送探測。如果 2 小時內連接上有數據傳輸，那么在該時間基礎上向后推延 2 個小時。
2. 客戶端異常關閉，或是網絡斷開。在這兩種情況下， client 端都不會響應。服務器沒有收到對其發出探測的響應，並且在一定時間（系統默認為 1000 ms ）后重復發送 keep-alive packet ，並且重復發送一定次數（ 2000 XP 2003 系統默認為 5 次 , Vista 后的系統默認為 10 次）。
3. 客戶端曾經崩潰，但已經重啟。這種情況下，服務器將會收到對其存活探測的響應，但該響應是一個復位，從而引起服務器對連接的終止。（這條摘抄自http://www.cppblog.com/zhangyq/archive/2010/02/28/108615.html ，我自己並不太明白）。

了解了 keep alive 大致的原理，下來看看在程序中怎么用，怎么設置參數：

#include <mstcpip.h>
BOOL bKeepAlive = TRUE;
int nRet = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE,(char*)&bKeepAlive, sizeof(bKeepAlive));
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
TRACE(L"setsockopt failed: %d\n", WSAGetLastError());
return FALSE;
}
// set KeepAlive parameter
tcp_keepalive alive_in;
tcp_keepalive alive_out;
alive_in.keepalivetime = 500; // 0.5s
alive_in.keepaliveinterval = 1000; //1s
alive_in.onoff = TRUE;
unsigned long ulBytesReturn = 0;
nRet = WSAIoctl(sock, SIO_KEEPALIVE_VALS, &alive_in, sizeof(alive_in),
&alive_out, sizeof(alive_out), &ulBytesReturn, NULL, NULL);
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
TRACE(L"WSAIoctl failed: %d\n", WSAGetLastError());
return FALSE;
}

其中， setsockopt 設置了 keepalive 模式，但是系統對 keepalive 默認的參數可能不符合我們的要求，比如空閑 2 小時后才探測對端是否活躍，所以 WSAIoctl 函數通過 tcp_keepalive 結構體對這些參數進行了相應設置。 tcp_keepalive 這個結構體在 mstcpip.h 頭文件中有定義：

struct tcp_keepalive {
ULONG onoff ; // 是否開啟 keepalive
ULONG keepalivetime ; // 多長時間（ ms ）沒有數據就開始 send 心跳包
ULONG keepaliveinterval ; // 每隔多長時間（ ms ） send 一個心跳包，
// 發 5 次 (2000 XP 2003 默認 ), 10 次 (Vista 后系統默認 )
};

這個結構體設置了空閑檢測時間，及檢測時重復發送的間隔時間。詳細的可以查詢 msdn :http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd877220(VS.85).aspx 。

按照 msdn 上的說法，這些參數也可以通過在注冊表里設置，分別為：
HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters\KeepAliveTime
HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters\KeepAliveInterval

另外，有些人可能已經發現了， tcp_keepalive 這個結構體中沒有對重試次數這個參數的設置，這個參數可以通過注冊表來設置，具體位置為：

HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters\TcpMaxDataRetransmissions

關於在注冊表中設置這幾個參數，我在 XP 和 Server2008 系統中都沒有找到， msdn 上說貌似只是支持 server 2003 ，我這里沒有實驗，具體不太清楚。

設置好 keepalive 以后，我們通過實驗來看看當 client 異常退出或是網絡斷掉的情況下， keepalive 怎么通知我們異常斷開的情況。這里采用 select 模式，實驗環境為 XP 系統和 Win7 系統，幾種情況返回值如下：

1．正常斷開
select 函數正常返回， recv 函數返回 0
2．異常斷開
a) 程序異常退出，如 client 端重啟，應用非正常關閉等
select 函數正常返回， recv 函數返回 SOCKET_ERROR ， WSAGetLastError () 得到的結果為 WSAECONNRESET(10054) 。
b) 網絡斷開
結果同上： select 函數正常返回， recv 函數返回 SOCKET_ERROR ， WSAGetLastError() 得到的結果為 WSAECONNRESET(10054) 。

P.S. 網上有些文章中寫的 WSAGetLastError() 得到的結果為 ETIMEDOUT ，我這里不太清楚為什么和我這里得到的不太一樣。

另外，在實驗中，我發現了一個和以前理解的不太相同的地方，在這里也記錄下來：

對於程序異常退出的情況（這里所說的異常退出包括程序異常關閉、重啟等情況，但不包括系統待機休眠），實際上在不開啟 keepalive 的情況下也是可以檢測到的，我這里測試得到在不開啟 keepalive 的情況下，異常關閉 client 端程序， server 端 recv 函數會立即返回 SOCKET_ERROR ， last error 同樣為 WSAECONNRESET 。但是對於網絡斷開及系統待機休眠的情況，則必須設置 keepalive 才能檢測到，並且對於上述情況，當網絡重新連接或者系統恢復后，SOCKET連接並不能恢復。

具體原因我這里也不太清楚，看到有一篇文章是這樣寫的：“異常關閉下， SOCKET 虛擬通路會被重設，遠端正在接受的調用就都會失敗”。不知道正確與否，感覺有一定的道理，暫時記錄下來。

轉自：http://www.rosoo.net/a/201505/17296.html?utm_source=tuicool

（轉）TCP連接異常斷開檢測

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