TCP保持活动参数不受尊重

时间：2017-03-15 17:35:45

标签： linux sockets networking tcp

我正在试验我的Linux机器上的TCP保持活动状态，并编写了以下小型服务器：

#include <iostream>
#include <cstring>

#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>  // inet_ntop
#include <netinet/tcp.h>
#include <netdb.h>          // addrinfo stuff

using namespace std;

typedef int SOCKET;

int main(int argc, char *argv []) 
{
    struct sockaddr_in sockaddr_IPv4;
    memset(&sockaddr_IPv4, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    sockaddr_IPv4.sin_family = AF_INET;
    sockaddr_IPv4.sin_port = htons(58080);

    if (inet_pton(AF_INET, "10.6.186.24", &sockaddr_IPv4.sin_addr) != 1)
        return -1;

    SOCKET serverSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    if (bind(serverSock, (sockaddr*)&sockaddr_IPv4, sizeof(sockaddr_IPv4)) != 0 || listen(serverSock, SOMAXCONN) != 0) 
    { 
        cout << "Failed to setup listening socket!\n";
    }

    SOCKET clientSock = accept(serverSock, 0, 0);
    if (clientSock == -1) 
        return -1;

    // Enable keep-alive on the client socket
    const int nVal = 1;
    if (setsockopt(clientSock, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &nVal, sizeof(nVal)) < 0)
    {
        cout << "Failed to set keep-alive!\n";
        return -1;
    }

    // Get the keep-alive options that will be used on the client socket

    int nProbes, nTime, nInterval;
    socklen_t nOptLen = sizeof(int);
    bool bError = false;

    if (getsockopt(clientSock, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPIDLE, &nTime, &nOptLen) < 0) { bError = true; }
    nOptLen = sizeof(int);

    if (getsockopt(clientSock, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPCNT, &nProbes, &nOptLen) < 0) {bError = true; }
    nOptLen = sizeof(int);

    if (getsockopt(clientSock, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPINTVL, &nInterval, &nOptLen) < 0) { bError = true; }

    cout << "Keep alive settings are: time: " << nTime << ", interval: " << nInterval << ", number of probes: " << nProbes << "\n";

    if (bError) 
    {
        // Failed to retrieve values
        cout << "Failed to get keep-alive options!\n";
        return -1;
    }

    int nRead = 0;
    char buf[128];
    do 
    {
        nRead = recv(clientSock, buf, 128, 0);
    } while (nRead != 0);


    return 0;
}

然后我调整了系统范围的TCP keep alive设置如下：

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
20
# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
30

然后我从Windows连接到我的服务器，并运行Wireshark跟踪以查看保持活动的数据包。下图显示了结果。

Packets 1

这让我很困惑，因为我现在明白保持活动间隔只有在没有收到ACK以响应原始保持活动数据包时才会发挥作用（参见我的other question here）。所以我希望后续的数据包能够以20秒的间隔（不是30，这就是我们看到的）一致地发送，而不仅仅是第一个。

然后，我按如下方式调整了系统范围的设置：

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
30
# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
20

这次连接时，我在Wireshark跟踪中看到以下内容：

Packets2

现在我们看到第一个保活包在30秒后发送，但此后每个包也在30秒发送，而不是前一次运行建议的20！

有人可以解释这种不一致的行为吗？

1 个答案:

答案 0 :(得分：6)

粗略地说，它应该如何工作是每隔tcp_keepalive_time秒发送一次keepalive消息。如果未收到ACK，则会每隔tcp_keepalive_intvl秒进行一次探测。如果ACK后未收到tcp_keepalive_probes，则连接将中止。因此，连接将在最多

之后中止 
    tcp_keepalive_time + tcp_keepalive_probes * tcp_keepalive_intvl
没有回复的

秒。请参阅this内核文档。

我们可以使用netcat keepalive轻松观看这项工作，这是一个允许我们设置tcp keepalive参数的netcat版本（sysctl keepalive参数是默认参数，但它们可以在{套接字的基础上覆盖{ {3}} struct）。

首先启动服务器侦听端口8888，keepalive_timer设置为5秒，keepalive_intval设置为1秒，keepalive_probes设置为4。

    $ ./nckl-linux -K -O 5 -I 1 -P 4 -l 8888 >/dev/null &

接下来，让我们使用iptables为发送到服务器的ACK数据包引入丢失：

    $ sudo iptables -A OUTPUT -p tcp --dport 8888 \
    >   --tcp-flags SYN,ACK,RST,FIN ACK \
    >   -m statistic --mode random --probability 0.5 \
    >   -j DROP

这将导致发送到TCP端口8888的数据包仅设置为ACK标记，概率为0.5。

现在让我们连接并观看vanilla netcat（将使用sysctl keepalive值）：

    $ nc localhost 8888

以下是捕获：

tcp_sock

如您所见，它在收到ACK之后等待5秒钟，然后再发送另一个keepalive消息。如果它在1秒内没有收到ACK，它会发送另一个探测，如果它在4次探测后没有收到ACK，则会中止该连接。这正是keepalive应该如何工作的。

因此，让我们尝试重现您所看到的内容。让我们删除iptables规则（没有丢失），启动一个新服务器，tcp_keepalive_time设置为1秒，tcp_keepalive_intvl设置为5秒，然后连接客户端。结果如下：

TCP keepalive capture

有趣的是，我们看到了您所做的相同行为：在第一个ACK之后，它等待1秒钟发送一个keepalive消息，然后每隔5秒。

让我们重新添加iptables规则以引入损失，看看它实际上等待发送另一个探测的时间，如果它没有获得ACK（使用-K -O 1 -I 5 -P 4服务器）：

Capture with keepalive_time < keepalive_intvl, no loss

同样，它从第一个ACK等待1秒钟以发送保持活动消息，但此后它会等待5秒钟是否看到ACK，就好像keepalive_time和{ {1}}都设置为5。

为了理解这种行为，我们需要看一下linux内核的TCP实现。我们先来看看Capture with keepalive_time < keepalive_intvl, with loss：

keepalive_intvl

建立TCP连接后，keepalive定时器有效设置为 if (sock_flag(sk, SOCK_KEEPOPEN)) inet_csk_reset_keepalive_timer(sk, keepalive_time_when(tp)); ，在我们的情况下为1秒。

接下来，让我们看看如何在tcp_finish_connect中处理计时器：

tcp_keepalive_time

当 elapsed = keepalive_time_elapsed(tp); if (elapsed >= keepalive_time_when(tp)) { /* If the TCP_USER_TIMEOUT option is enabled, use that * to determine when to timeout instead. */ if ((icsk->icsk_user_timeout != 0 && elapsed >= icsk->icsk_user_timeout && icsk->icsk_probes_out > 0) || (icsk->icsk_user_timeout == 0 && icsk->icsk_probes_out >= keepalive_probes(tp))) { tcp_send_active_reset(sk, GFP_ATOMIC); tcp_write_err(sk); goto out; } if (tcp_write_wakeup(sk, LINUX_MIB_TCPKEEPALIVE) <= 0) { icsk->icsk_probes_out++; elapsed = keepalive_intvl_when(tp); } else { /* If keepalive was lost due to local congestion, * try harder. */ elapsed = TCP_RESOURCE_PROBE_INTERVAL; } } else { /* It is tp->rcv_tstamp + keepalive_time_when(tp) */ elapsed = keepalive_time_when(tp) - elapsed; } sk_mem_reclaim(sk); resched: inet_csk_reset_keepalive_timer (sk, elapsed); goto out; 大于keepalive_time_when时，此代码按预期工作。但是，如果不是，您会看到您观察到的行为。

当初始定时器（建立TCP连接时设置）在1秒后到期时，我们将延长定时器，直到keepalive_itvl_when大于elapsed。此时我们将发送一个探测器，并将计时器设置为keepalive_time_when，即5秒。当此计时器到期时，如果最后1秒没有收到任何内容（keepalive_intvl_when），我们将发送探测，然后再次将计时器设置为keepalive_time_when，并在另外5秒内唤醒，等等。

但是，如果我们在计时器到期时收到了keepalive_intvl_when内的某些内容，那么自上次收到任何内容以来，它会使用keepalive_time_when重新安排计时器1秒钟。

所以，为了回答你的问题，TCP keepalive的linux实现假设keepalive_time_when小于keepalive_intvl，但仍然可以正常工作。＆＃34;

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