TCP keepalive的机理及使用

TCP 是面向连接的 , 在实际应用中通常都需要检测对端是否还处于连接中。如果已断开连接，主要分为以下几种情况：

1.连接的对端正常关闭，即使用 closesocket 关闭连接。

2.连接的对端非正常关闭，包括对端异常关闭，网络断开等情况。

对于第一种情况，很好判断，但是对于第二种情况，可能会要麻烦一些。在网上找到了一些文章，大致有以下两种解决方法：

  自己编写心跳包程序

简单的说也就是在自己的程序中加入一条线程，定时向对端发送数据包，查看是否有 ACK ，如果有则连接正常，没有的话则连接断开。

  使用 TCP 的 keepalive 机制

这个需要在 WinSock 编程时对当前 SOCKET 进行相应设置即可，比较方便。

为了方便起见，我这里采用 keepalive 机制，下面我就以 WinSock 上我实验得到的结果来大致讲一下其机理和使用方法。

首先说一下 keepalive 来判断异常断开的原理，其实 keepalive 的原理就是 TCP 内嵌的一个心跳包。

以服务器端为例，如果当前 server 端检测到超过一定时间（默认是 7,200,000 milliseconds ，也就是 2 个小时）没有数据传输，那么会 向client 端发送一个 keep-alive packet （该 keep-alive packet 就是 ACK 和当前 TCP 序列号减一的组合），此时 client 端应该为以下三种情况之一：

1. client 端仍然存在，网络连接状况良好。此时 client 端会返回一个 ACK 。 server 端接收到 ACK 后重置计时器，在2 小时后再发送探测。如果 2 小时内连接上有数据传输，那么在该时间基础上向后推延 2 个小时。

2. 客户端异常关闭，或是网络断开。在这两种情况下， client 端都不会响应。服务器没有收到对其发出探测的响应，并且在一定时间（系统默认为 1000 ms ）后重复发送 keep-alive packet ，并且重复发送一定次数（ 2000 XP 2003 系统默认为 5 次 , Vista 后的系统默认为 10 次）。

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。

测试代码如下：

#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;    //开启keepalive属性. 缺省值: 0(关闭)
    keepIdle = 3;       //如果在1秒内没有任何数据交互,则进行探测. 缺省值:7200(s)
    keepInterval = 1;   //探测时发探测包的时间间隔为1秒. 缺省值:75(s)
    keepCount = 3;      //探测重试的次数. 全部超时则认定连接失效..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
}