4個實驗，徹底搞懂TCP連接的斷開
[導讀]前言看到這個標題你可能會說，TCP連接的建立與斷開，這個我熟，不就是三次握手與四次揮手嗎？且慢，腦海中可以先嘗試回答這幾個問題：四次揮手是誰發(fā)起的？如果斷電/斷網(wǎng)了連接會斷開嗎？什么情況下沒有四次揮手連接也會斷開？這不是面試，而是遇到了實際問題，至于是什么問題，容我先賣個關子，本...
前言
看到這個標題你可能會說，TCP 連接的建立與斷開，這個我熟，不就是三次握手與四次揮手嗎？且慢，腦海中可以先嘗試回答這幾個問題：- 四次揮手是誰發(fā)起的？
- 如果斷電/斷網(wǎng)了連接會斷開嗎？
- 什么情況下沒有四次揮手連接也會斷開？
正常斷開
我們由淺入深，先了解正常情況下 TCP 連接是如何斷開的，下圖為 TCP 三次握手與四次揮手的經(jīng)典圖（來自《TCP/IP詳解卷1》）
python -m SimpleHTTPServer 20880再通過 nc 或 telnet 這兩個命令來創(chuàng)建 TCP 連接，比如我測試使用 nc 來創(chuàng)建連接
nc -v ip port
Connection to ip port [tcp/*] succeeded! 表示連接成功lsof -i:20880
握手與揮手的 TCP 報文怎么查看呢？可以使用 tcpdump 命令三次握手
tcpdump -A -vv -i any -S host 10.179.245.95為了方便查看，和上面的經(jīng)典圖放在了一起
-S，如果不加 -S 參數(shù)看到的第三次握手的ack=1，與書上的理論不太一樣，其實這里只是 tcpdump 簡化了展示，想看實際值需要加 -S這里的 Flags [S]/[S.]/[.]- [S] 代表 SYN
- [.] 代表 ACK，[S.] 就是 SYN ACK
四次揮手
命令與抓三次握手相同，我們抓到如下?lián)]手數(shù)據(jù)- [F] 代表 FIN
異常斷開
上面鋪墊了這么多，現(xiàn)在開始進入正題。TCP 連接斷開是誰發(fā)起的
我們來思考一個問題：TCP 連接的斷開是誰發(fā)起的？程序本身還是操作系統(tǒng)？我們來看一段非常簡單的 TCP 連接創(chuàng)建與斷開的代碼tcpAddr,?_?:=?net.ResolveTCPAddr("tcp",?"127.0.0.1:20880")
conn,?err?:=?net.DialTCP("tcp",?nil,?tcpAddr)
if?err?!=?nil?{
?fmt.Println("Client?connect?error?!?"? ?err.Error())
?return
}
defer?func()?{
?err?:=?conn.Close()
?fmt.Println("Client?connect?closed?!")
?if?err?!=?nil?{
??fmt.Println(err)
?}
}()
fmt.Println(conn.LocalAddr().String()? ?"?:?Client?connected!")
time.Sleep(10?*?time.Second)
運行后，效果如下，也符合我們預期：當程序打印 Client connected! 時，能看到連接，當打印 Client connect closed! 時，連接斷開kill -9 強殺進程呢？（這里我用了兩臺電腦來測試）conn.Close() 并沒有執(zhí)行，但四次揮手還是發(fā)生了！查閱資料發(fā)現(xiàn)如下結論：a、b 兩個正常連接的對端進程。假如 b 進程沒有調(diào)用 close 就異常終止，那么發(fā)送 FIN 包是內(nèi)核 OS 代勞斷電/斷網(wǎng)時的連接是怎樣斷開的
我們通過上面的實驗發(fā)現(xiàn)就算進程異常終止，操作系統(tǒng)也會幫忙發(fā)起四次揮手但如果是斷電或斷網(wǎng)的情況下，操作系統(tǒng)就無法代勞了，這時會怎樣呢？為了便于測試，這里用兩臺電腦，client 連接 server，斷開 server 的網(wǎng)絡來模擬斷網(wǎng)斷電情況。可以肯定的是斷網(wǎng)，斷電后，連接不會立即斷開，那么后續(xù)連接是否會斷開呢？我們分成下面幾種情況來看斷網(wǎng)時有數(shù)據(jù)傳輸
斷網(wǎng)時如果有數(shù)據(jù)發(fā)送，由于收不到 ACK，所以會重試，但并不會無限重試下去，達到一定的重發(fā)次數(shù)之后，如果仍然沒有任何確認應答返回，就會判斷為網(wǎng)絡或者對端主機發(fā)生了異常，強制關閉連接。此時的關閉是直接關閉，而沒有揮手（數(shù)據(jù)都發(fā)不出去，還揮啥手），Linux 下的設置為最小重傳時間是200ms 最大重傳時間是120s 重傳次數(shù)為15
斷網(wǎng)時沒有數(shù)據(jù)傳輸
斷網(wǎng)時如果沒有數(shù)據(jù)傳輸，還得看 TCP 連接的 KeepAlive 是否打開，關于 TCP 的 KeepAlive 簡介如下：- TCP KeepAlive 是一種在不影響數(shù)據(jù)流內(nèi)容的情況下探測對方的方式，采用
保活計時器實現(xiàn)，當計時器被觸發(fā)時，一端發(fā)送?；顖笪?，另一端接收到報文后發(fā)送 ACK 響應 - 它并不是 TCP 的規(guī)范，但大部分的實現(xiàn)都提供了這一機制
- 該機制存在爭議，有的人?；顧C制應該在應用程序中實現(xiàn)
開啟KeepAlive
操作系統(tǒng)中有這么幾個參數(shù)控制 KeepAlive 的配置：- Keepalive_time：空閑時間，即多長時間連接沒有發(fā)送數(shù)據(jù)時開始 KeepAlive 檢測
- Keepalive_intvl：發(fā)送間隔時間，即上述代碼的設置
- Keepalive_probs：最多發(fā)送多少個檢測數(shù)據(jù)包
cat?/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
cat?/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
cat?/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes
conn.SetKeepAlive(true)
conn.SetKeepAlivePeriod(5?*?time.Second)
其中第二個 SetKeepAlivePeriod 源碼是這樣的：func?setKeepAlivePeriod(fd?*netFD,?d?time.Duration)?error?{
?//?The?kernel?expects?seconds?so?round?to?next?highest?second.
?secs?:=?int(roundDurationUp(d,?time.Second))
?if?err?:=?fd.pfd.SetsockoptInt(syscall.IPPROTO_TCP,?sysTCP_KEEPINTVL,?secs);?err?!=?nil?{
??return?wrapSyscallError("setsockopt",?err)
?}
?err?:=?fd.pfd.SetsockoptInt(syscall.IPPROTO_TCP,?syscall.TCP_KEEPALIVE,?secs)
?runtime.KeepAlive(fd)
?return?wrapSyscallError("setsockopt",?err)
}
SetKeepAlivePeriod 的參數(shù)同時設置了 tcp_keepalive_intvl 和 tcp_keepalive_time，tcp_keepalive_probes 沒法設置做個簡單測試：client 開啟 KeepAlive 連接 server 后，什么數(shù)據(jù)都不發(fā)送，把server 的網(wǎng)斷掉，可以看到 KeepAlive 心跳包，一段時間后連接被置為 CLOSED 狀態(tài)關閉KeepAlive
關閉 KeepAlive 后，如果沒有數(shù)據(jù)傳輸，連接永遠不會斷開斷網(wǎng)后 server 重啟再恢復
再思考一個場景，如果 client 與 server 建立連接后，沒有數(shù)據(jù)傳輸，斷掉 server 端的網(wǎng)絡，這時如果把 server 程序重啟一下，再恢復網(wǎng)絡，那這條連接還能用嗎？如果 server 重啟后，client 還是不發(fā)數(shù)據(jù)，那這條連接看起來還是可用的，因為他們根本不知道對方是個什么情況，但如果此時 client 發(fā)送一點數(shù)據(jù)給 server，你會發(fā)現(xiàn) server 會發(fā)送一個 RST 給client，然后 client 就斷開連接了總結
除了正常情況之外，本文從 TCP 連接斷開的角度結合實驗給出了一些結論：- TCP 連接斷開的
揮手，在進程崩潰時，會由操作系統(tǒng)內(nèi)核代勞 - 當 TCP 連接建立后，如果某一方斷電或斷網(wǎng)，如果此時剛好正在發(fā)送數(shù)據(jù)，TCP 數(shù)據(jù)包發(fā)送失敗后會重試，重試達到上限時也會斷開連接
- 當 TCP 連接建立后，如果某一方斷電或斷網(wǎng)，且這條連接沒有數(shù)據(jù)傳輸時
- 如果開啟了 KeepAlive 則會在一定心跳檢測后斷開連接，這個默認檢測時間大概2個多小時，比較久
- 如果未開啟 KeepAlive 則連接永遠存在
- 如果一方發(fā)送 RST 包給另一方，也是會強制對方斷開連接的
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