【计算机网络】TCP的保活机制

以你之姓@ 2021-11-01 17:31 298阅读 0赞

\#笔记整理

### TCP 保活机制 ###

一些情况下，客户端和服务器需要了解什么时候终止进程或者与对方断开连接。应用进程之间没有任何数据交换，但仍然需要通过连接保持一个最小的数据流。TCP 保活机制即为了解决上述两种情况而设计。保活机制是一种在不影响数据流内容的情况下探测对方的方式。

它是由一个保活计时器实现的，当计时器被激发，连接一端将发送一个保活探测(简称保活)报文，另一端接收报文的同时会发送一个ACK作为响应。

**注意：** 保活机制并不是 TCP 规范中的一部分，对此 \[RFC1122\] 给出三个理由：

1.  在出现短暂的网络错误的时候，保活机制会使一个好的连接断开；
2.  保活机制会占用不必要的带宽；
3.  在按流量计费的情况下会花费更多的经济开销。

TCP 保活机制仍存在争议，一种观点认为这一功能不应该在TCP协议中提供，而应在应用程序中实现；另一种观点认为大多数应用程序都需要这一功能，应该在TCP协议中实现。

不过，现在所有主流TCP版本都实现了保活功能，只是该功能在默认情况下是关闭的，是一个可选择激活的功能。 TCP 连接的任何一端都可以请求打开这一功能，且该功能可以设置在连接的一端、两端或者两端都没有。

**保活机制主要作用：**

1.  检测半开放的连接（另一端非常规关闭连接），及时释放这种连接，避免其长期无效占用资源。
2.  保持主机与 NAT 路由器（只是一种举例，此处应是泛指）的长时间连接， 防止中间设备因超时删除连接相关的连接表。
    
    第2点中常见应用故障场景：  
    某财务应用，在客户端需要填写大量的表单数据，在客户端与服务器端建立TCP连接后，客户端终端使用者将花费几分钟甚至几十分钟填写表单相关信息，终端使用者终于填好表单所需信息后，点击“提交”按钮，结果，这个时候由于中间设备早已经将这个TCP连接从连接表中删除了，其将直接丢弃这个报文或者给客户端发送RST报文，应用故障产生，这将导致客户端终端使用者所有的工作将需要重新来过，给使用者带来极大的不便和损失。  
    所以此时需要使用 TCP 的保活机制。

**保活机制相关概念**

*  保活时间：即在此时间内连接处于非活动状态。在 Linux 系统 `/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time`中可以查看 (默认为 7200 秒)。
 *  保活时间间隔：即每隔此时间间隔，就将继续发送保活探测报文。在 Linux 系统 `/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl`中可以查看 (默认为 75 秒)。
 *  保活探测数：持续发送探测报文的总次数。在 Linux 系统 `/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes`中可以查看 (默认为 9 次)。
 *  保活探测报文：即为一个空报文段（或只包含 1 字节）。它的序列号等于对方主机发送的 ACK 报文的最大序列号减 1。因为这一序列号的数据段已经被成功接收，所以不会对到达的报文段造成影响，但探测报文返回的响应可以确定连接是否仍在工作。探测及期响应报文都不包含任何新有效数据（它是”垃圾“数据），当它们丢失时也不会进行重传。

**保活机制的操作**

*  如果在一段时间（保活时间）内连接处于非活动状态，开启保活功能的一端将向对方发送一个保活探测报文。
 *  如果发送端没有收到响应报文，那么经过一个已经提前配置好的保活时间间隔后继续发送一个保活探测报文，直到发送探测报文的次数达到保活探测数，这时对方主机将被确认为不可到达，连接也将被中断。

**保活结果**

1.  对方主机仍在工作  
    服务器端正常收到ACK，说明客户端正常工作。  
    请求端将保活计时器重置，重新计时。
2.  对方主机已经崩溃  
    对方的 TCP 将不会响应 ACK。  
    超过保活探测数以后，认为对方主机已经关闭，连接也将被断开。
3.  客户主机崩溃并且已重启  
    客户端响应是一个重置报文段，请求端将会断开连接。
4.  对方主机仍在工作  
    但是因为其他原因就是没有收到ACK。

**TCP 保活机制可能带来的问题**

1.  中间设备因大量保活连接，导致其连接表满  
    网关设备由于保活问题，导致其连接表满，无法新建连接（XX局网闸故障案例）或性能下降严重。
2.  正常连接被释放  
    当连接一端在发送保活探测报文时，中间网络正好由于各种异常（如链路中断、中间设备重启等）而无法将该保活探测报文正确转发至对端时，可能会导致探测的一方释放本来正常的连接，但是这种可能情况发生的概率较小，另外，一般也可以增加保活探测报文发生的次数来减小这种情况发生的概率和影响。

参考：

1.  《TCP/IP 详解 卷1：协议》
2.  [https://blog.csdn.net/TT\_love9527/article/details/82887250][https_blog.csdn.net_TT_love9527_article_details_82887250]

[https_blog.csdn.net_TT_love9527_article_details_82887250]: https://blog.csdn.net/TT_love9527/article/details/82887250