谈谈tcp的”藕断丝连“的那些事

序言：

• 有这么一道题"如果A 与 B 建立了正常连接后，从未相互发过数据，这个时候 B 突然机器重启，问 A 此时处于 TCP 什么状态？如何消除服务器程序中的这个状态？"，如果是你，你应该怎么去解答这道题，里面又包含了哪些知识点，那么今天，我就来当一次解题者，去彻底"剪断"这些丝线。

TCP连接过程和状态：

• A与B建立tcp连接，需要经过三次握手过程，建立三次握手的过程就是老生常谈了，具体过程如下：

  

  1. SYN(同步序列编号) : 在连接建立的初步阶段，客户端发送一个SYN（synchronize）报文到服务器。在这个报文中，客户端会随机产生一个初始序列号（sequence number），告诉服务器它希望从这个数字开始传送数据。
  2. SYN-ACK(同步确认) : 当服务器收到客户端的SYN报文后，它需要确认客户端的SYN。服务器会向客户端发送一个SYN-ACK报文。在这个报文中，确认号（ACK number）是客户端的初始序列号加1，表示服务器已经接收到客户端的SYN，并期待从这个序列号开始接收数据。同时，服务器也会发送自己的初始序列号，准备开始另一个方向上的数据传输。
  3. ACK(确认) : 客户端收到服务器的SYN-ACK报文后，会发送一个ACK报文作为响应。这个ACK报文中的序列号是初始的ACK号，而确认号则是服务器的初始序列号加1。这表明客户端已经准备好接收服务器从这个序列号开始的数据。
  4. 通过这样的三步过程，TCP协议确保了双方都知道对方已经准备好进行数据传输，从而建立起了一个可靠的连接。这个连接将用于后续的所有数据传输活动。三次握手的过程不仅确保了连接的可靠性，还防止了序列号的重复使用和旧连接的幽灵连接现象，增强了通信的安全性。

• 当A与B建立了正常的TCP连接后，即使它们之间从未相互发送过数据，TCP连接仍然被认为是处于"ESTABLISHED"（已建立）状态。这意味着双方都已完成了TCP三次握手过程，并且准备好进行数据交换。在整个TCP连接的生命周期中，会经历多个不同的状态。以下是TCP连接的主要状态及其简要说明：

  状态	描述
  CLOSED	表示没有任何连接是活动的或正在进行中，也就是说，端口是关闭的，不在监听。
  LISTEN	表示服务器端的某个SOCKET处于监听传入连接的状态。
  SYN_SENT	客户端已经发送一个连接请求（SYN包）给服务器，并等待回应。
  SYN_RECEIVED	服务器已收到客户端的SYN请求，并发送了一个SYN-ACK响应。等待客户端的ACK。
  ESTABLISHED	表示连接已被客户端和服务器双方确认，数据可以开始传输。
  FIN_WAIT_1	表示连接正在关闭中，等待对方的FIN报文或者对自己FIN报文的ACK确认。
  FIN_WAIT_2	表示收到了对方的ACK确认，等待对方的FIN报文。
  CLOSE_WAIT	表示收到了对方的FIN报文，等待从本地用户获取连接释放的确认。
  CLOSING	表示等待远端TCP对连接中断的确认。
  LAST_ACK	表示等待原始"关闭请求"的确认。
  TIME_WAIT	表示等待足够的时间以确保远端TCP接收到连接终止的确认。
  DELETE_TCB	一个不太常见的状态，表示清除传输控制块TCB，这是最后的清理阶段，不对外显示。

解决方案:

• 应用层心跳：最常见的方法是在应用层实现心跳机制，即定期发送一些轻量级的数据包给对方，以确认对方是否还活着。如果心跳失败（例如，超时未收到响应），则可以认为对方已经不可达，此时可以关闭连接。
• TCP Keepalive：TCP协议提供了一种机制叫做Keepalive，它可以在连接空闲时自动发送探测包，以检测对端是否还活着。Keepalive默认是关闭的，需要在socket编程时显式开启，并可以配置Keepalive探测包的发送频率和尝试次数。
• 超时机制：在服务器程序中，可以为每个连接设置一个超时时间。如果在指定的超时时间内，没有收到任何数据，那么可以认为连接已经不再活跃，此时可以关闭该连接。这种方法需要根据应用的具体需求来调整超时时间的长短。
• TCP RST包：在某些情况下，如果服务器检测到一个连接不再有效（例如，通过心跳机制），它可以主动发送一个TCP RST（重置）包给客户端。这个RST包会立即终止TCP连接，不需要经过正常的四次挥手过程。这种方法可以快速释放服务器资源，但可能会对客户端造成突然的连接中断。
• 操作系统级别的参数调整：一些操作系统提供了调整TCP行为的参数，比如Linux的/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time、tcp_keepalive_probes、tcp_keepalive_intvl等，这些可以全局影响系统的TCP Keepalive行为。调整这些参数可以帮助更好地管理长时间空闲的连接。
• 使用负载均衡器或代理服务器：在复杂的网络架构中，负载均衡器或代理服务器可以帮助管理客户端和服务器之间的连接。它们可以定期检查后端服务器的健康状态，并在必要时重新分配或关闭无效的连接。这种方法对于大规模分布式系统尤其有用。
• 利用应用框架或中间件的功能：一些高级的应用框架或网络中间件提供了内置的机制来管理TCP连接，包括自动的心跳检测、连接池管理和故障转移。使用这些功能可以减少开发者需要直接处理网络层面问题的复杂性。
• 定期的连接验证任务：在某些应用中，可以设计一个定时任务，定期检查所有的TCP连接状态，并关闭那些被认为是不再活跃的连接。这种方法类似于应用层心跳，但是它是由服务器端集中管理，而不是依赖于客户端的活动。