Socket心跳包机制总结

tcp的断线检测，分为两种：

① 利用tcp自带的keep –alive机制

② 自己组建心跳包的方式向对端发送

通过Keep-alive机制对tcp的连接保持，也就是Tcp的心跳包，见MSDN：

If keep-alive is enabled for a TCP socket with SO_KEEPALIVE, then the default TCP settings are used for the keep-alive timeout and interval unless these values have been changed by calling the WSAIoctl function with the SIO_KEEPALIVE_VALS option. The default settings when a TCP socket is initialized sets the keep-alive timeout to 2 hours and the keep-alive interval to 1 second.

也就是说协议栈会在2小时后发送向对端发送请求包。默认情况下，此Keep-alive机制是关闭的。

Keep-alive默认下是关闭的，也就是本端与对端是除非程序主动send，是不会发送数据包（心跳包），既是，处理本端与对端的系统里的socket状态是不会变化，这里，如果对端当机（或者网线断掉），本端是无法知道对端socket已经关闭，所以本端的socket会一直的存在。

通过实验发现，客户端网线拔掉之后,此时服务端的连接依然存在。

所以，tcp只是数据的发送与接收，包括握手，断开以及rst，time_wait，close_wait 等等。

心跳包之所以叫心跳包是因为：它像心跳一样每隔固定时间发一次，以此来告诉服务器，这个客户端还活着。事实上这是为了保持长连接，至于这个包的内容，是没有什么特别规定的，不过一般都是很小的包，或者只包含包头的一个空包。

在TCP的机制里面，本身是存在有心跳包的机制的，也就是TCP的选项：SO_KEEPALIVE。系统默认是设置的2小时的心跳频率。但是它检查不到机器断电、网线拔出、防火墙这些断线。而且逻辑层处理断线可能也不是那么好处理。一般，如果只是用于保活还是可以的。

心跳包一般来说都是在逻辑层发送空的echo包来实现的。下一个定时器，在一定时间间隔下发送一个空包给客户端，然后客户端反馈一个同样的空包回来，服务器如果在一定时间内收不到客户端发送过来的反馈包，那就只有认定说掉线了。其实，要判定掉线，只需要send或者recv一下，如果结果为零，则为掉线。

但是，在长连接下，有可能很长一段时间都没有数据往来。理论上说，这个连接是一直保持连接的，但是实际情况中，如果中间节点出现什么故障是难以知道的。更要命的是，有的节点（防火墙）会自动把一定时间之内没有数据交互的连接给断掉

。在这个时候，就需要我们的心跳包了，用于维持长连接，保活。

在获知了断线之后，服务器逻辑可能需要做一些事情，比如断线后的数据清理呀，重新连接呀……当然，这个自然是要由逻辑层根据需求去做了。

总的来说，心跳包主要也就是用于长连接的保活和断线处理。一般的应用下，判定时间在30-40秒比较不错。如果实在要求高，那就在6-9秒。

1、 客户端每隔一个时间间隔发生一个探测包给服务器

2、 客户端发包时启动一个超时定时器

3、 服务器端接收到检测包，应该回应一个包

4、 如果客户机收到服务器的应答包，则说明服务器正常，删除超时定时器

5、 如果客户端的超时定时器超时，依然没有收到应答包，则说明服务器挂了

近日，在公司中开发一个使用websocket为前端推送消息的功能时，发现一个问题：就是每隔一段时间如果不传送数据的话，与前段的连接就会自动断开；

刚开始以为是session的原因，因为web session 的默认时间是30分钟；但是通过日志发现断开时间间隔时间远远不到30分钟；认真分析发现不 *** 作间隔恰好为90秒

它就会在自动断开；随恍然大悟；原来是我们的使用nginx 代理，nginx配置了访问超时时间为90s；

WebSocket是html5中用来实现长连接的一个协议。

在同时使用nginx反向代理和websocket的时候,因为websocket的通信管道必须都要一直处于开启状态。

解决方案：

1. 修改nginx配置

nginx 通过在客户端和后端服务器之间建立起一条隧道来支持WebSocket。

为了使nginx可以将来自客户端的Upgrade请求发送给后端服务器，Upgrade和Connection的头信息必须被显式的设置。如下所示：

一旦我们完成以上设置，nginx就可以处理WebSocket连接了。

注意，必须要有

这个配置

否则，会报：

WebSocket connection to ' ws://192.168.1.104:9080/web/count' failed: Error during WebSocket handshake: Unexpected response code: 403的错误

2. 也可以在前端页面也添加心跳机制保持连接。

系统发现websocket每隔10分钟自动断开连接，搜了很多博客都说设置一下nginx的

keepalive_timeout

proxy_connect_timeout

proxy_send_timeout

proxy_read_timeout

这四个字段的时长即可，然而好像并不奏效。遂采取心跳包的方式每隔9分钟客户端自动发送ping消息给服务端，服务端不需要返回。即可解决问题。

Httpd守护进程，一般都提供了keep-alive timeout时间设置参数。比如nginx的keepalive_timeout，和Apache的KeepAliveTimeout。这个keepalive_timout时间值意味着：一个http产生的tcp连接在传送完最后一个响应后，还需要hold住keepalive_timeout秒后，才开始关闭这个连接。

当httpd守护进程发送完一个响应后，理应马上主动关闭相应的tcp连接，设置 keepalive_timeout后，httpd守护进程会想说：”再等等吧，看看浏览器还有没有请求过来”，这一等，便是keepalive_timeout时间。如果守护进程在这个等待的时间里，一直没有收到浏览发过来http请求，则关闭这个http连接。

测试结果证实是后者

http keep-alive与tcp keep-alive，不是同一回事，意图不一样。http keep-alive是为了让tcp活得更久一点，以便在同一个连接上传送多个http，提高socket的效率。而tcp keep-alive是TCP的一种检测TCP[连接]状况的保鲜机制。tcp keep-alive保鲜定时器，支持三个系统内核配置参数：

echo 1800 >/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time

echo 15 >/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl

echo 5 >/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes

keepalive是TCP保鲜定时器，当网络两端建立了TCP连接之后，闲置idle（双方没有任何数据流发送往来）了tcp_keepalive_time后，服务器内核就会尝试向客户端发送侦测包，来判断TCP连接状况(有可能客户端崩溃、强制关闭了应用、主机不可达等等)。如果没有收到对方的回答(ack包)，则会在 tcp_keepalive_intvl后再次尝试发送侦测包，直到收到对对方的ack,如果一直没有收到对方的ack,一共会尝试 tcp_keepalive_probes次，每次的间隔时间在这里分别是15s, 30s, 45s, 60s, 75s。如果尝试tcp_keepalive_probes,依然没有收到对方的ack包，则会丢弃该TCP连接。TCP连接默认闲置时间是2小时，一般设置为30分钟足够了。

使用http keep-alvie，可以减少服务端TIME_WAIT数量(因为由服务端httpd守护进程主动关闭连接)。道理很简单，相较而言，启用keep-alive，建立的tcp连接更少了，自然要被关闭的tcp连接也相应更少了。

HTTP 1.0中默认是关闭的，需要在http头加入"Connection: Keep-Alive"，才能启用Keep-Alive；HTTP 1.1中默认启用Keep-Alive，如果加入"Connection: close"，才关闭。

在HTTP/1.0版本中，并没有官方的标准来规定Keep-Alive如何工作，因此实际上它是被附加到HTTP/1.0协议上，如果客户端浏览器支持Keep-Alive，那么就在HTTP请求头中添加一个字段 Connection: Keep-Alive，当服务器收到附带有Connection: Keep-Alive的请求时，它也会在响应头中添加一个同样的字段来使用Keep-Alive。这样一来，客户端和服务器之间的HTTP连接就会被保持，不会断开（超过Keep-Alive规定的时间，意外断电等情况除外），当客户端发送另外一个请求时，就使用这条已经建立的连接。

从HTTP/1.1起，默认都开启了Keep-Alive，保持连接特性，简单地说，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接

Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间

心跳包

很多应用层协议都有HeartBeat机制，通常是客户端每隔一小段时间向服务器发送一个数据包，通知服务器自己仍然在线，并传输一些可能必要的数据。使用心跳包的典型协议是IM，比如QQ/MSN/飞信等协议。

心跳包 之所以叫心跳包是因为：它像心跳一样每隔固定时间发一次，以此来告诉服务器，这个客户端还活着。事实上这是为了保持长连接，至于这个包的内容，是没有什么特别规定的，不过一般都是很小的包，或者只包含包头的一个空包。

在TCP的机制里面，本身是存在有心跳包的机制的，也就是TCP的选项：SO_KEEPALIVE。系统默认是设置的2小时的心跳频率。但是它检查不到机器断电、网线拔出、防火墙这些断线。而且逻辑层处理断线可能也不是那么好处理。一般，如果只是用于保活还是可以的。

心跳包一般来说都是在逻辑层发送空的echo包来实现的。下一个定时器，在一定时间间隔下发送一个空包给客户端，然后客户端反馈一个同样的空包回来，服务器如果在一定时间内收不到客户端发送过来的反馈包，那就只有认定说掉线了。

其实，要判定掉线，只需要send或者recv一下，如果结果为零，则为掉线。但是，在长连接下，有可能很长一段时间都没有数据往来。理论上说，这个连接是一直保持连接的，但是实际情况中，如果中间节点出现什么故障是难以知道的。更要命的是，有的节点（防火墙）会自动把一定时间之内没有数据交互的连接给断掉。在这个时候，就需要我们的心跳包了，用于维持长连接，保活。

在获知了断线之后，服务器逻辑可能需要做一些事情，比如断线后的数据清理呀，重新连接呀……当然，这个自然是要由逻辑层根据需求去做了。

总的来说，心跳包主要也就是用于长连接的保活和断线处理。一般的应用下，判定时间在30-40秒比较不错。如果实在要求高，那就在6-9秒。

TCP协议的KeepAlive机制

学过TCP/IP的同学应该都知道，传输层的两个主要协议是UDP和TCP，其中UDP是无连接的、面向packet的，而TCP协议是有连接、面向流的协议。

所以非常容易理解，使用UDP协议的客户端（例如早期的“OICQ”，听说OICQ.com这两天被抢注了来着，好古老的回忆）需要定时向服务器发送心跳包，告诉服务器自己在线。

然而，MSN和现在的QQ往往使用的是TCP连接了，尽管TCP/IP底层提供了可选的KeepAlive（ACK-ACK包）机制，但是它们也还是实现了更高层的心跳包。似乎既浪费流量又浪费CPU，有点莫名其妙。

具体查了下，TCP的KeepAlive机制是这样的，首先它貌似默认是不打开的，要用setsockopt将SOL_SOCKET.SO_KEEPALIVE设置为1才是打开，并且可以设置三个参数tcp_keepalive_time/tcp_keepalive_probes/tcp_keepalive_intvl，分别表示连接闲置多久开始发keepalive的ack包、发几个ack包不回复才当对方死了、两个ack包之间间隔多长，在我测试的Ubuntu Server 10.04下面默认值是7200秒（2个小时，要不要这么蛋疼啊！）、9次、75秒。于是连接就了有一个超时时间窗口，如果连接之间没有通信，这个时间窗口会逐渐减小，当它减小到零的时候，TCP协议会向对方发一个带有ACK标志的空数据包（KeepAlive探针），对方在收到ACK包以后，如果连接一切正常，应该回复一个ACK；如果连接出现错误了（例如对方重启了，连接状态丢失），则应当回复一个RST；如果对方没有回复，服务器每隔intvl的时间再发ACK，如果连续probes个包都被无视了，说明连接被断开了。

Ref：

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