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:
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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:
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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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。