Benjamin

静以修身,俭以养德,非澹薄无以明志,非宁静无以致远。
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长连接和Keepalive

TCP协议中有长连接和短连接之分。短连接在数据包发送完成后就会自己断开,长连接在发包完毕后,会在一定的时间内保持连接,即我们通常所说的Keepalive(存活定时器)功能。
默认的Keepalive超时需要7,200,000 milliseconds,即2小时,探测次数为5次。它的功效和用户自己实现的心跳机制是一样的。开启Keepalive功能需要消耗额外的宽带和流量,尽管这微不足道,但在按流量计费的环境下增加了费用,另一方面,Keepalive设置不合理时可能会因为短暂的网络波动而断开健康的TCP连接。

keepalive并不是TCP规范的一部分。在Host Requirements RFC罗列有不使用它的三个理由:(1)在短暂的故障期间,它们可能引起一个良好连接(good connection)被释放(dropped),(2)它们消费了不必要的宽带,(3)在以数据包计费的互联网上它们(额外)花费金钱。然而,在许多的实现中提供了存活定时器。

一些服务器应用程序可能代表客户端占用资源,它们需要知道客户端主机是否崩溃。存活定时器可以为这些应用程序提供探测服务。Telnet服务器和Rlogin服务器的许多版本都默认提供存活选项。

个人计算机用户使用TCP/IP协议通过Telnet登录一台主机,这是能够说明需要使用存活定时器的一个常用例子。如果某个用户在使用结束时只是关掉了电源,而没有注销(log off),那么他就留下了一个半打开(half-open)的连接。如果客户端消失,留给了服务器端半打开的连接,并且服务器又在等待客户端的数据,那么等待将永远持续下去。存活特征的目的就是在服务器端检测这种半打开连接。

也可以在客户端设置存活器选项,且没有不允许这样做的理由,但通常设置在服务器。如果连接两端都需要探测对方是否消失,那么就可以在两端同时设置(比如NFS)。



keepalive工作原理:

若在一个给定连接上,两小时之内无任何活动,服务器便向客户端发送一个探测段。(我们将在下面的例子中看到探测段的样子。)客户端主机必须是下列四种状态之一:

1) 客户端主机依旧活跃(up)运行,并且从服务器可到达。从客户端TCP的正常响应,服务器知道对方仍然活跃。服务器的TCP为接下来的两小时复位存活定时器,如果在这两个小时到期之前,连接上发生应用程序的通信,则定时器重新为往下的两小时复位,并且接着交换数据。

2) 客户端已经崩溃,或者已经关闭(down),或者正在重启过程中。在这两种情况下,它的TCP都不会响应。服务器没有收到对其发出探测的响应,并且在75秒之后超时。服务器将总共发送10个这样的探测,每个探测75秒。如果没有收到一个响应,它就认为客户端主机已经关闭并终止连接。

3) 客户端曾经崩溃,但已经重启。这种情况下,服务器将会收到对其存活探测的响应,但该响应是一个复位,从而引起服务器对连接的终止。

4) 客户端主机活跃运行,但从服务器不可到达。这与状态2类似,因为TCP无法区别它们两个。它所能表明的仅是未收到对其探测的回复。

 

服务器不必担心客户端主机被关闭然后重启的情况(这里指的是操作员执行的正常关闭,而不是主机的崩溃)。当系统被操作员关闭时,所有的应用程序进程(也就是客户端进程)都将被终止,客户端TCP会在连接上发送一个FIN。收到这个FIN后,服务器TCP向服务器进程报告一个文件结束,以允许服务器检测这种状态。

在第一种状态下,服务器应用程序不知道存活探测是否发生。凡事都是由TCP层处理的,存活探测对应用程序透明,直到后面234三种状态发生。在这三种状态下,通过服务器的TCP,返回给服务器应用程序错误信息。(通常服务器向网络发出一个读请求,等待客户端的数据。如果存活特征返回一个错误信息,则将该信息作为读操作的返回值返回给服务器。)在状态2,错误信息类似于“连接超时”。状态3则为“连接被对方复位”。第四种状态看起来像连接超时,或者根据是否收到与该连接相关的ICMP错误信息,而可能返回其它的错误信息。

linux内核包含对keepalive的支持。其中使用了三个参数:tcp_keepalive_time(开启keepalive的闲置时 长)tcp_keepalive_intvlkeepalive探测包的发送间隔)和tcp_keepalive_probes (如果对方不予应答,探测包的发送次数);在liunx中,keepalive是一个开关选项,可以通过函数来使能。具体地说,可以使用以下代码:
setsockopt(rs, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void *)&keepAlive, sizeof(keepAlive));

tcp检测到对端socket不再可用时(不能发出探测包,或探测包没有收到ACK的响应包),select会返回socket可读,并且在recv时返回-1,同时置上errnoETIMEDOUT。此时TCP的状态是断开的。



keepalive参数设置代码如下:
// 开启KeepAlive
BOOL bKeepAlive = TRUE;
int nRet = ::setsockopt(socket_handle, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (char*)&bKeepAlive, sizeof(bKeepAlive));
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
return FALSE;
}

// 设置KeepAlive参数
tcp_keepalive alive_in                = {0};
tcp_keepalive alive_out                
= {0};
alive_in.keepalivetime                
= 5000;                // 开始首次KeepAlive探测前的TCP空闭时间
alive_in.keepaliveinterval        = 1000;                // 两次KeepAlive探测间的时间间隔
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;
}

开启Keepalive选项之后,对于使用IOCP模型的服务器端程序来说,一旦检测到连接断开,GetQueuedCompletionStatus函数将立即返回FALSE,使得服务器端能及时清除该连接、释放该连接相关的资源。对于使用select模型的客户端来说,连接断开被探测到时,以recv目的阻塞在socket上的select方法将立即返回SOCKET_ERROR,从而得知连接已失效,客户端程序便有机会及时执行清除工作、提醒用户或重新连接。

TCP连接非正常断开的检测(KeepAlive探测)

此处的”非正常断开”指TCP连接不是以优雅的方式断开,如网线故障等物理链路的原因,还有突然主机断电等原因

有两种方法可以检测:1.TCP连接双方定时发握手消息 2.利用TCP协议栈中的KeepAlive探测

第二种方法简单可靠,只需对TCP连接两个Socket设定KeepAlive探测。


在windows下使用,要包含MSTcpIP.h的头文件。点击下面的链接即可下载这个文件
  MSTcpIP

备注:长连接虽好,但是比较好用但是占用系统资源比较大。个人建议如无特殊需要,用自己的心跳包机制最好

posted on 2010-02-28 16:04 Benjamin 阅读(16913) 评论(2)  编辑 收藏 引用 所属分类: VC

评论

# re: 长连接和Keepalive  回复  更多评论   

你好, 请问一下 我现在 通过web访问 apache 然后 apache去交互另外一个server(可能是脚本).需要登录验证 然后返回DataInfo.这样apache接受到信息后 就与另一个server断开了链接。这个server有时候会返回一些必要的信息到apache,但是开始交互的TCP协议交互完就断开了。
我先用keepalive 绑定 apache与 交互的另一个server(可能是接口)一直长连接 来实现。
不知道这个可以实现吗?
2011-08-26 17:45 | veniced

# re: 长连接和Keepalive  回复  更多评论   

@veniced
可以.
2012-06-11 10:59 | BYHH

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