TCP 应用层心跳包

TCP/IP协议分为4层，分别为应用层、传输层、网络层、数据链路层，TCP协议在TCP/IP协议族的传输层，它提供一种面向连接的、可靠的字节流服务，服务器和客户端交换数据之前必须先建立一个连接，在此基础之上双方进行通信。但实际中会存在各种问题导致掉线（如有的防火墙会关闭长时间没有数据交换的网络、中间路由器断掉等），对于TCP长连接而言，服务器和客户端在很长一段时间内可能不会进行数据交互，但客户端会随时上传数据，因此该连接必须保持。那么如何检测连接的通断情况呢？本文提供两种思路方法，希望还有其他方法的朋友提出来分享交流。

1、 TCP机制本身提供了一种方法——keepalive机制，在网络空闲一长段时间后底层发出报文，若网络通畅，会收到对端回复的报文，则说明网络通畅，则继续等待空闲一长段时间再发报文，若未收到对端报文则说明网络对端掉线，则每隔一小段时间发送报文，若几次都没有收到对端的报文，则说明对端彻底掉线，本地应用层recv()函数会返回0，则将该套接字关闭。该机制在TCP/IP协议的传输层实现，可以通过应用层设置keepalive的相关参数，代码如下。该方法适合并发服务器检测网络通畅性问题。

int SetTcpKeepalive(int fd, unsigned int start, unsigned int interval, unsigned int count)
{     int keepAlive = 1;     if (fd < 0 || start < 0 || interval < 0 || count < 0)return -1; //启用心跳机制，如果您想关闭，将keepAlive置零即可     if(setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,(void*)&keepAlive,sizeof(keepAlive)) == -1)     {     perror("setsockopt");     return -1;     }     //启用心跳机制开始到首次心跳侦测包发送之间的空闲时间     if(setsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPIDLE,(void *)&start,sizeof(start)) == -1)     {     perror("setsockopt");     return -1;     }     //两次心跳侦测包之间的间隔时间     if(setsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPINTVL,(void *)&interval,sizeof(interval)) == -1)     {     perror("setsockopt");     return -1;     }     //探测次数，即将几次探测失败判定为TCP断开     if(setsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPCNT,(void *)&count,sizeof(count)) == -1)     {     perror("setsockopt");     return -1;     }     return 0;
}

2、应用层发送心跳包：每隔一段时间向对端发送一个较小的数据包，通知对方自己在线，并传输一些可能必要的数据（如告诉服务器该数据包为心跳包），并且定时检测对端返回的数据，若连续几次在规定时间内均未收到回复，则判断对端掉线，可以做下一步处理。该方法适合用于客户端处理，在应用层开一个线程发送心跳包，本例中只有发送数据包，未做接收数据处理。数据报文如下：

typedef  char  Data;typedef enum {HEART = 0,   //心跳报文头部MSG          //数据报文头部
}Type;typedef struct datapack{Type  type;    //若为心跳报文，buf和len为0Data  buf[32];int   len;
}DataPack;

处理心跳报文的线程函数如下：


void *HeartBeat(void *argc)
{int ret = 0;int cunt = 0;int i = 0;DataPack heart_data;bzero(&heart_data, sizeof(heart_data));heart_data.type = HEART;heart_data.len = 0;printf("start send heartbeat data \n");cunt = 0;while(1){ret = send(cli_fd, &heart_data, sizeof(heart_data), 0);if(ret < 0){cunt ++;if(errno == EPIPE){//服务器关闭，发送数据导致管道破裂//处理流程}if(cunt > 5){printf("server is offline \n");printf("the client is going down \n");exit(0);}close(cli_fd);}delay(3000);}
}

在服务器崩溃以后客户端还调用send()函数会导致管道破裂，该信号的默认处理方式为结束进程，为了避免进程结束可以调用signal函数忽略掉该信号，如下：

signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

本文中若有不足的地方请各位看官提出。

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