TCP 应用层心跳包

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我是靠谱客的博主灵巧洋葱，这篇文章主要介绍TCP 应用层心跳包，现在分享给大家，希望可以做个参考。

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。

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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;     
}

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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：

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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0
	Data  buf[32];
	int   len;
}DataPack;

处理心跳报文的线程函数如下：

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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);
	}
}