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：

  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。

  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。

 

測試代碼如下：

 

#ifdef WIN32
//#include <WS2tcpip.h>
#include <mstcpip.h>
#else
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#endif
void WanLanTcpClient::setKeepalive(int sock, int keepAlive, int keepInterval, int keepCount, int keepIdle)
{
#ifdef WIN32
    BOOL bKeepAlive = TRUE;
    int nRet = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE,
                          (char*)&bKeepAlive, sizeof(bKeepAlive));
    if (nRet == SOCKET_ERROR)
    {
        ERROR_LOG("setsockopt failed: %d", WSAGetLastError());
        return;
    }
    // set KeepAlive parameter
    tcp_keepalive alive_in;
    tcp_keepalive alive_out;
    alive_in.keepalivetime    = keepAlive;  //3000ms
    alive_in.keepaliveinterval  = keepInterval; //300ms
    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)
    {
        ERROR_LOG("WSAIoctl failed: %d/n", WSAGetLastError());
        return;
    }
#else

    //keepAlive = 1;    //開啟keepalive屬性. 缺省值: 0(關閉)
    keepIdle = 3;       //如果在1秒內沒有任何數據交互,則進行探測. 缺省值:7200(s)
    keepInterval = 1;   //探測時發探測包的時間間隔為1秒. 缺省值:75(s)
    keepCount = 3;      //探測重試的次數. 全部超時則認定連接失效..缺省值:9(次)
    setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void*)&keepAlive, sizeof(keepAlive));
    setsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPALIVE, (void*)&keepIdle, sizeof(keepIdle));
    setsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPINTVL, (void*)&keepInterval, sizeof(keepInterval));
    setsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPCNT, (void*)&keepCount, sizeof(keepCount));

#endif
}