TCP 套接字连接是否具有“保持活动状态”？

Question

我听说过 HTTP keep-alive，但现在我想打开与远程服务器的套接字连接。
现在，此套接字连接是否会永远保持打开状态，或者是否存在与 HTTP keep-alive 类似的超时限制？

Answer 1

TCP 套接字连接是否具有“保持活动状态”？

简短的回答是是，通过TCP Keep-Alive强制执行超时，所以不会，套接字不会永远保持打开状态，但可能会在几个后超时>小时。

如果您想在计算机上配置保持活动超时，请参阅下面的“更改 TCP 超时”部分。否则，请通读答案的其余部分，了解 TCP Keep-Alive 的工作原理。

简介

TCP 连接由两个套接字组成，连接的每一端各有一个。当一方想要终止连接时，它会发送一个 FIN 数据包，另一方确认该数据包并关闭其套接字。

然而，在此之前，双方都将无限期地保持套接字打开。这就留下了一种可能性，即一侧可能有意或由于某些错误而关闭其套接字，而不通过 FIN 通知另一端。为了检测这种情况并关闭过时的连接，使用 TCP Keep Alive 过程。

保持活动过程

三个可配置属性决定保持活动如何工作。在 Linux 上，它们是¹：

• tcp_keepalive_time
  • 默认 7200 秒
• tcp_keepalive_probes
  • 默认9
• tcp_keepalive_intvl
  • 默认 75 秒

该过程的工作原理如下：

1. 客户端打开 TCP 连接
2. 如果连接静默 tcp_keepalive_time 秒，则发送一个空 ACK 数据包。¹
3. 服务器是否响应了自己相应的ACK？
   • 否
     1. 等待 tcp_keepalive_intvl 秒，然后发送另一个 ACK
     2. 重复此操作，直到已发送的 ACK 探测数量等于 tcp_keepalive_probes。
     3. 如果此时尚未收到响应，请发送 RST 并终止连接。
   • 是：返回第 2 步

大多数操作系统默认启用此过程，因此一旦另一端在 2 小时 11 分钟（7200 秒 + 75 * 9 秒）。

陷阱

2 小时默认值

由于默认情况下只有连接空闲两小时后进程才会启动，因此过时的 TCP 连接在被修剪之前可能会停留很长时间。这对于昂贵的连接（例如数据库连接）尤其有害。

Keep-Alive 是可选的，

根据 RFC 1122 4.2.3.6， 响应和/或中继 TCP Keep-Alive 数据包是可选的：

实现者可以在其 TCP 实现中包含“keep-alives”，
尽管这种做法并未得到普遍接受。如果保活是
包括在内，应用程序必须能够打开或关闭每个
TCP 连接，并且它们必须默认为关闭。

...

实在是太
重要的是要记住，不包含数据的 ACK 段不是
通过TCP可靠传输。

原因是“保持活动”数据包不包含任何数据，也不是绝对必要的，如果过度使用，可能会堵塞互联网络的管道。

但在实践中，我的经验是，随着带宽变得更便宜，这种担忧随着时间的推移而减少；因此，Keep-Alive 数据包通常不会被丢弃。例如，Amazon EC2 文档给出了间接认可的 Keep-Alive，因此，如果您使用 AWS 进行托管，您可能可以安全地依赖 Keep-Alive，但您的情况可能会有所不同。

更改

每个套接字的

TCP 超时2022 更新： 显然，从 Java 11 开始，您可以在 Java TCP 套接字本身上设置这些。

不幸的是，由于 TCP 连接是在操作系统级别上管理的，旧版本的 Java 不支持在每个套接字级别上配置超时，例如在 java 中.net.Socket。我发现了一些尝试³使用 Java 本机接口 (JNI) 创建调用本机代码来配置这些选项的 Java 套接字，但似乎没有一个得到广泛的社区采用或支持。

相反，您可能被迫将您的配置应用到整个操作系统。请注意，此配置将影响整个系统上运行的所有 TCP 连接。

Linux

当前配置的 TCP Keep-Alive 设置可以在

• /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
• /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes
• /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl

您可以像这样更新其中任何一个：

# Send first Keep-Alive packet when a TCP socket has been idle for 3 minutes
$ echo 180 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
# Send three Keep-Alive probes...
$ echo 3 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes
# ... spaced 10 seconds apart.
$ echo 10 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl

此类更改不会在重新启动后持续存在。要进行持久更改，请使用 sysctl：

sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_time=180 net.ipv4.tcp_keepalive_probes=3 net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=10

Mac OS X

当前配置的设置可以使用 sysctl 查看：

$ sysctl net.inet.tcp | grep -E "keepidle|keepintvl|keepcnt"
net.inet.tcp.keepidle: 7200000
net.inet.tcp.keepintvl: 75000
net.inet.tcp.keepcnt: 8

值得注意的是，Mac OS X 定义了 keepidle keepintvl 以毫秒为单位，而 Linux 使用秒。

可以使用 sysctl 设置这些属性，它将在重新启动后保留这些设置：

sysctl -w net.inet.tcp.keepidle=180000 net.inet.tcp.keepcnt=3 net.inet.tcp.keepintvl=10000

或者，您可以将它们添加到 /etc/sysctl.conf （如果没有，则创建该文件）不存在）。

$ cat /etc/sysctl.conf
net.inet.tcp.keepidle=180000
net.inet.tcp.keepintvl=10000
net.inet.tcp.keepcnt=3

Windows

我没有要确认的 Windows 计算机，但您应该在注册表中找到相应的 TCP Keep-Alive 设置

\HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters

_{< em>脚注}

_{1.请参阅 man tcp 了解更多信息。}

_{2.该数据包通常称为“Keep-Alive”数据包，但在 TCP 规范中，它只是一个常规的 ACK 数据包。像 Wireshark 这样的应用程序能够通过对序列和确认号进行元分析来将其标记为“保持活动”数据包，参考套接字上的先前通信。}

_{3.我从基本的 Google 搜索中找到的一些示例是 lucwilliams/JavaLinuxNet 和 flonatel/libdontdie。}

Answer 2

TCP 套接字保持打开状态直至关闭。

也就是说，在不实际发送数据的情况下很难检测到断开的连接（断开的，如路由器死机等，而不是关闭的），因此大多数应用程序时不时地进行某种 ping/pong 反应，只是为了确保连接实际上仍然有效。

Answer 3

您正在寻找 SO_KEEPALIVE 套接字选项。

Java Socket API 公开了“keep-alive” " 通过 setKeepAlive 和 getKeepAlive 方法发送给应用程序。

编辑：SO_KEEPALIVE 在操作系统网络协议栈中实现，而不发送任何“真实”数据。保持活动间隔取决于操作系统，并且可以通过内核参数进行调整。

由于没有发送数据，SO_KEEPALIVE只能测试网络连接的活跃度，而不能测试套接字所连接的服务的活跃度。要测试后者，您需要实现一些涉及向服务器发送消息并获取响应的内容。

Answer 4

TCP keepalive 和 HTTP keepalive 是非常不同的概念。在 TCP 中，保活是发送用于检测失效连接的管理数据包。在HTTP中，keepalive表示持久连接状态。

这是来自 TCP 规范，

只有当在一定时间间隔内没有收到连接的数据或确认数据包时，才必须发送保持活动数据包。这个间隔必须是可配置的，并且必须默认不少于两个小时。

正如您所看到的，默认的 TCP keepalive 间隔对于大多数应用程序来说太长了。您可能必须在应用程序协议中添加 keepalive。

Answer 5

如果您位于伪装的 NAT 后面（就像当今大多数家庭用户一样），则外部端口池有限，并且这些端口必须在 TCP 连接之间共享。因此，如果在特定时间段内没有发送数据，伪装 NAT 往往会假设连接已终止。

此问题和其他此类问题（两个端点之间的任何位置）可能意味着，如果您尝试在合理的空闲期后发送数据，连接将不再“工作”。但是，在您尝试发送数据之前，您可能不会发现这一点。

使用 keepalive 既可以减少连接在某个地方被中断的可能性，也可以让您更快地发现连接中断。

Answer 6

这里有一些关于 keepalive 的补充文献，其中更详细地解释了它。

http://www.tldp.org/HOWTO/html_single/TCP-Keepalive- HOWTO

由于 Java 不允许您控制实际的 keepalive 时间，因此如果您使用的是 Linux 内核（或基于 proc 的操作系统），则可以使用示例来更改它们。

Answer 7

对于 Windows，根据 Microsoft 文档

• KeepAliveTime (REG_DWORD，毫秒，默认不设置，即 7,200,000,000
  = 2 小时） - 类似于 tcp_keepalive_time
• KeepAliveInterval （REG_DWORD，毫秒，默认情况下未设置，这意味着 1,000 = 1 秒） - 类似于 tcp_keepalive_intvl
• 从 Windows Vista 开始，没有类似于 tcp_keepalive_probes 的值，值固定为 10 并且无法更改

Answer 8

在 JAVA Socket – TCP 连接在操作系统级别进行管理，java.net.Socket 不提供任何内置函数来为每个套接字级别的 keepalive 数据包设置超时。但是我们可以为 java 套接字启用 keepalive 选项，但默认情况下，在过时的 tcp 连接后需要 2 小时 11 分钟（7200 秒）才能处理。此原因连接在清除之前将保持很长一段时间。因此，我们找到了一些解决方案，使用调用本机代码（c++）的Java本机接口（JNI）来配置这些选项。

Windows操作系统

在Windows操作系统中keepalive_time & keepalive_intvl 可以配置，但 tcp_keepalive_probes 不能更改。默认情况下，当 TCP 套接字初始化时，将保持活动超时设置为 2 小时，将保持活动间隔设置为 1 秒。保持活动超时的默认系统范围值可通过 KeepAliveTime 注册表设置进行控制，该设置采用以毫秒为单位的值。

在 Windows Vista 及更高版本中，保持活动探测（数据重新传输）的数量设置为 10 并且无法更改。

在Windows Server 2003、Windows XP和Windows 2000上，保活探针的数量默认设置为5。保活探针的数量是可控的。对于 Windows，Winsock IOCTLs 库用于配置 tcp-keepalive 参数。

int WSAIoctl(
    SocketFD, // descriptor identifying a socket
    SIO_KEEPALIVE_VALS, // dwIoControlCode
    (LPVOID) lpvInBuffer, // pointer to tcp_keepalive struct (DWORD)
    cbInBuffer, // length of input buffer
    NULL, // output buffer
    0, // size of output buffer
    (LPDWORD) lpcbBytesReturned, // number of bytes returned
    NULL, // OVERLAPPED structure
    NULL // completion routine
);

Linux 操作系统

Linux 内置了对 keepalive 的支持，需要启用 TCP/IP 网络才能使用它。程序必须使用setsockopt 接口请求对其套接字进行保活控制。

int setsockopt(int socket, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen)

每个客户端套接字都将使用 java.net.Socket 创建。每个套接字的文件描述符 ID 将使用 java 反射进行检索。