TCP連接探測中的Keepalive 和心跳包
采用TCP連接的C/S模式軟件，連接的雙方在連接空閑狀態時，如果任意一方意外崩潰、當機、網線斷開或路由器故障，另一方無法得知TCP連接已經失效，除非繼續在此連接上發送數據導致錯誤返回。很多時候，這不是我們需要的。我們希望服務器端和客戶端都能及時有效地檢測到連接失效，然后優雅地完成一些清理工作并把錯誤報告給用戶。
如何及時有效地檢測到一方的非正常斷開，一直有兩種技術可以運用。一種是由TCP協議層實現的Keepalive，另一種是由應用層自己實現的心跳包。
TCP默認并不開啟Keepalive功能，因為開啟Keepalive功能需要消耗額外的寬帶和流量，盡管這微不足道，但在按流量計費的環境下增加了費用，另一方面，Keepalive設置不合理時可能會因為短暫的網絡波動而斷開健康的TCP連接。并且，默認的Keepalive超時需要7,200,000 milliseconds，即2小時，探測次數為5次。
對于Win2K/XP/2003，可以從下面的注冊表項找到影響整個系統所有連接的keepalive參數：
[HKEY_LOCAL_MACHINE/SYSTEM/CurrentControlSet/Services/Tcpip/Parameters]
“KeepAliveTime”=dword:006ddd00
“KeepAliveInterval”=dword:000003e8
“MaxDataRetries”=”5″
對于實用的程序來說，2小時的空閑時間太長。因此，我們需要手工開啟Keepalive功能并設置合理的Keepalive參數。
// 開啟KeepAlive
BOOL bKeepAlive = TRUE;
int nRet = ::setsockopt(socket_handle, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (char*)&bKeepAlive, sizeof(bKeepAlive));
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
return FALSE;
}
// 設置KeepAlive參數
tcp_keepalive alive_in = {0};
tcp_keepalive alive_out = {0};
alive_in.keepalivetime = 5000; // 開始首次KeepAlive探測前的TCP空閉時間
alive_in.keepaliveinterval = 1000; // 兩次KeepAlive探測間的時間間隔
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;
}
開啟Keepalive選項之后，對于使用IOCP模型的服務器端程序來說，一旦檢測到連接斷開，GetQueuedCompletionStatus函數將立即返回FALSE，使得服務器端能及時清除該連接、釋放該連接相關的資源。對于使用select模型的客戶端來說，連接斷開被探測到時，以recv目的阻塞在socket上的select方法將立即返回SOCKET_ERROR，從而得知連接已失效，客戶端程序便有機會及時執行清除工作、提醒用戶或重新連接。
另一種技術，由應用程序自己發送心跳包來檢測連接的健康性。客戶端可以在一個Timer中或低級別的線程中定時向發服務器發送一個短小精悍的包，并等待服務器的回應。客戶端程序在一定時間內沒有收到服務器回應即認為連接不可用，同樣，服務器在一定時間內沒有收到客戶端的心跳包則認為客戶端已經掉線。
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windows下此處的”非正常斷開”指TCP連接不是以優雅的方式斷開,如網線故障等物理鏈路的原因,還有突然主機斷電等原因.
有兩種方法可以檢測:
1.TCP連接雙方定時發握手消息
2.利用TCP協議棧中的KeepAlive探測
第二種方法簡單可靠,只需對TCP連接兩個Socket設定KeepAlive探測,
所以本文只講第二種方法在Linux,Window2000下的實現(在其它的平臺上沒有作進一步的測試)
Windows 2000平臺下 頭文件
#include <mstcpip.h>
//定義結構及宏
struct TCP_KEEPALIVE {
u_longonoff;
u_longkeepalivetime;
u_longkeepaliveinterval;
} ;
tcp_keepalive live,liveout;
live.keepaliveinterval=500;
live.keepalivetime=3000;
live.onoff=TRUE;
int iRet = setsockopt(Socket,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,(char *)Opt,sizeof(int));
if(iRet == 0){
DWORD dw;
if(WSAIoctl(Socket,SIO_KEEPALIVE_VALS,
&live,sizeof(live),&liveout,sizeof(liveout),
&dw,NULL,NULL)== SOCKET_ERROR){
//Delete Client
return;
}
}
ACE下代碼 //by rainfish blog.csdn.net/bat603
int Opt = 1;
//在測試過程中，發現檢測的次數是5次，即下面的設置中，從最近一次消息開始計算的10秒后，每次間隔5秒，連續發送5次，即35秒發現網絡斷了
tcp_keepalive live,liveout;
live.keepaliveinterval=5000; //每次檢測的間隔 （單位毫秒）
live.keepalivetime=10000; //第一次開始發送的時間（單位毫秒）
live.onoff=TRUE;
int iRet = stream.set_option(SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,&Opt,sizeof(int));
if(iRet == 0){
DWORD dw;
//此處顯示了在ACE下獲取套接字的方法，即句柄的(SOCKET)化就是句柄
if(WSAIoctl((SOCKET)h,SIO_KEEPALIVE_VALS,&live,sizeof(live),
&liveout,sizeof(liveout),&dw,NULL,NULL)== SOCKET_ERROR){
//Delete Client
return;
}
}
Linux平臺下
#include "/usr/include/linux/tcp.h"
#include "/usr/include/linux/socket.h"
////KeepAlive實現，單位秒
//下面代碼要求有ACE,如果沒有包含ACE,則請把用到的ACE函數改成linux相應的接口
int keepAlive = 1;//設定KeepAlive
int keepIdle = 5;//開始首次KeepAlive探測前的TCP空閉時間
int keepInterval = 5;//兩次KeepAlive探測間的時間間隔
int keepCount = 3;//判定斷開前的KeepAlive探測次數
if(setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,(void*)&keepAlive,sizeof(keepAlive)) == -1)
{
ACE_DEBUG ((LM_INFO,
ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt SO_KEEPALIVE error!/n")));
}
if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPIDLE,(void *)&keepIdle,sizeof(keepIdle)) == -1)
{
ACE_DEBUG ((LM_INFO,
ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt TCP_KEEPIDLE error!/n")));
}
if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPINTVL,(void *)&keepInterval,sizeof(keepInterval)) == -1)
{
ACE_DEBUG ((LM_INFO,
ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt TCP_KEEPINTVL error!/n")));
}
if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPCNT,(void *)&keepCount,sizeof(keepCount)) == -1)
{
ACE_DEBUG ((LM_INFO,
ACE_TEXT ("(%P|%t)setsockopt TCP_KEEPCNT error!/n")));
}
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