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Linux心跳包C編程指南(linux心跳包c(diǎn))

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全越來(lái)越成為企業(yè)、機(jī)構(gòu)和個(gè)人重要的關(guān)注點(diǎn)。為了更好地維護(hù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全，Linux系統(tǒng)給出了心跳包技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)連接過(guò)程中，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，心跳包技術(shù)可以檢測(cè)出具體的設(shè)備，并及時(shí)通知管理員進(jìn)行處理。

成都創(chuàng)新互聯(lián)公司專注于景縣網(wǎng)站建設(shè)服務(wù)及定制，我們擁有豐富的企業(yè)做網(wǎng)站經(jīng)驗(yàn)。熱誠(chéng)為您提供景縣營(yíng)銷型網(wǎng)站建設(shè)，景縣網(wǎng)站制作、景縣網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)、景縣網(wǎng)站官網(wǎng)定制、成都微信小程序服務(wù)，打造景縣網(wǎng)絡(luò)公司原創(chuàng)品牌,更為您提供景縣網(wǎng)站排名全網(wǎng)營(yíng)銷落地服務(wù)。

本文將為你介紹。

1. 心跳包的概念

心跳包技術(shù)利用持續(xù)發(fā)送的數(shù)據(jù)包測(cè)試網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否存活或處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。心跳數(shù)據(jù)包可以通過(guò)多種傳輸協(xié)議進(jìn)行發(fā)送，如TCP、UDP等。

心跳包技術(shù)主要解決以下問(wèn)題：

– 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否存活。

– 提供故障檢測(cè)和異常處理機(jī)制。

– 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流量控制。

2. Linux系統(tǒng)的心跳包

Linux內(nèi)核提供了一種心跳包實(shí)現(xiàn)機(jī)制。當(dāng)心跳包發(fā)送應(yīng)答時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按照指定時(shí)間間隔生成心跳包數(shù)據(jù)并發(fā)送出去。如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有回應(yīng)，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了問(wèn)題，并進(jìn)一步確認(rèn)損壞的設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

同時(shí)，Linux系統(tǒng)還支持幾種心跳包協(xié)議。

2.1 ICMP協(xié)議

ICMP（Internet Control Message Protocol）協(xié)議是Linux系統(tǒng)默認(rèn)使用的協(xié)議。在進(jìn)行ping測(cè)試時(shí)，就是通過(guò)ICMP協(xié)議生成相應(yīng)的心跳包。ICMP控制信息包常常用于網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層之間的協(xié)議。

2.2 UDP協(xié)議

UDP（User Datagram Protocol）協(xié)議是一種無(wú)連接的協(xié)議，不保證可靠傳輸，但是在一些實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景下有更好的表現(xiàn)。

2.3 TCP協(xié)議

TCP（Tranission Control Protocol）協(xié)議是一種面向連接的協(xié)議，在進(jìn)行可靠傳輸時(shí)更為可靠，但也更為復(fù)雜。TCP協(xié)議主要用于HTTP、FTP等協(xié)議的傳輸中。

3. 心跳包C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)

為了更好地實(shí)現(xiàn)心跳包檢測(cè)，我們可以使用C語(yǔ)言進(jìn)行相關(guān)程序設(shè)計(jì)。

3.1 心跳包生成

生成心跳包的過(guò)程，通過(guò)設(shè)置發(fā)送方和接收方地址信息，以及具體的心跳包內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)。

示例代碼：

“`

struct sockaddr_in dest_addr;

dest_addr.sin_family = AF_INET;

dest_addr.sin_port = htons(port);

dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);

const char* data = “Hello world!”;

int data_len = strlen(data);

sendto(sockfd, data, data_len, 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));

“`

3.2 心跳監(jiān)測(cè)

接收方可以使用select或epoll等系統(tǒng)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)心跳包的監(jiān)聽(tīng)。這些系統(tǒng)調(diào)用可以同時(shí)監(jiān)聽(tīng)多個(gè)套接字，有效提高系統(tǒng)處理效率。

示例代碼：

“`

// add sockfd to epoll

…

while (true) {

epoll_wt(epoll_fd, events, max_events, timeout);

for (int i = 0; i

int sockfd = events[i].data.fd;

memset(buf, 0, MAX_BUFFER_SIZE);

ssize_t recv_len = recvfrom(sockfd, buf, MAX_BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr*)&addr, &addr_len);

// check if recv_buf is heartbeat data

…

}

“`

通過(guò)本文，我們了解了心跳包的基本概念和Linux系統(tǒng)的心跳包實(shí)現(xiàn)機(jī)制。同時(shí)，我們還通過(guò)C語(yǔ)言代碼展示了如何實(shí)現(xiàn)心跳包的生成和監(jiān)測(cè)。

心跳包技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性方面都有重要的作用。希望本文能夠?yàn)榇蠹姨峁┮恍﹨⒖己蛯?shí)踐的指導(dǎo)。

相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：

如何在linux環(huán)境下實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器之間
一篇搞懂tcp，http，socket，socket連接池之間的關(guān)系

如何在linux環(huán)境下實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器之間

網(wǎng)絡(luò)的Socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的I/O，Socket也是一種文件描述符。Socket也具有一個(gè)類似于打開(kāi)文件肆螞斗的函數(shù)調(diào)用Socket()，該函數(shù)返回一個(gè)整型的Socket描述符，隨后的連接建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫际峭ㄟ^(guò)物喊該Socket實(shí)現(xiàn)的。

下面用Socket實(shí)現(xiàn)一個(gè)windows下的c語(yǔ)言socket通信例子，這里我們客戶端傳遞一個(gè)字裂磨符串，服務(wù)器端進(jìn)行接收。

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【服務(wù)器端】

#include “stdafx.h”

#include

#define SERVER_PORT 5208 //偵聽(tīng)端口

void main()

{

WORD wVersionRequested;

WSADATA wsaData;

int ret, nLeft, length;

SOCKET sListen, sServer; //偵聽(tīng)套接字，連接套接字

struct sockaddr_in saServer, saClient; //地址信息

char *ptr;//用于遍歷信息的指針

//WinSock初始化

wVersionRequested=MAKEWORD(2, 2); //希望使用的WinSock DLL 的版本

ret=WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);

if(ret!=0)

{

printf(“WSAStartup() failed!\n”);

return;

}

//創(chuàng)建Socket,使用TCP協(xié)議

sListen=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

if (sListen == INVALID_SOCKET)

{

WSACleanup();

printf(“socket() faild!\n”);

return;

}

//構(gòu)建本地地址信息

saServer.sin_family = AF_INET; //地址家族

saServer.sin_port = htons(SERVER_PORT); //注意轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

saServer.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); //使用INADDR_ANY 指示任意地址

//綁定

ret = bind(sListen, (struct sockaddr *)&saServer, sizeof(saServer));

if (ret == SOCKET_ERROR)

{

printf(“bind() faild! code:%d\n”, WSAGetLastError());

closesocket(sListen); //關(guān)閉套接字

WSACleanup();

return;

}

//偵聽(tīng)連接請(qǐng)求

ret = listen(sListen, 5);

if (ret == SOCKET_ERROR)

{

printf(“l(fā)isten() faild! code:%d\n”, WSAGetLastError());

closesocket(sListen); //關(guān)閉套接字

return;

}

printf(“Waiting for client connecting!\n”);

printf(“Tips: Ctrl+c to quit!\n”);

//阻塞等待接受客戶端連接

while(1)//循環(huán)監(jiān)聽(tīng)客戶端，永遠(yuǎn)不停止，所以，在本項(xiàng)目中，我們沒(méi)有心跳包。

{

length = sizeof(saClient);

sServer = accept(sListen, (struct sockaddr *)&saClient, &length);

if (sServer == INVALID_SOCKET)

{

printf(“accept() faild! code:%d\n”, WSAGetLastError());

closesocket(sListen); //關(guān)閉套接字

WSACleanup();

return;

}

char receiveMessage;

nLeft = sizeof(receiveMessage);

ptr = (char *)&receiveMessage;

while(nLeft>0)

{

//接收數(shù)據(jù)

ret = recv(sServer, ptr, 5000, 0);

if (ret == SOCKET_ERROR)

{

printf(“recv() failed!\n”);

return;

}

if (ret == 0) //客戶端已經(jīng)關(guān)閉連接

{

printf(“Client has closed the connection\n”);

break;

}

nLeft -= ret;

ptr += ret;

}

printf(“receive message:%s\n”, receiveMessage);//打印我們接收到的消息。

}

// closesocket(sListen);

// closesocket(sServer);

// WSACleanup();

}

【客戶端】

#include “stdafx.h”

#include

#define SERVER_PORT 5208 //偵聽(tīng)端口

void main()

{

WORD wVersionRequested;

WSADATA wsaData;

int ret;

SOCKET sClient; //連接套接字

struct sockaddr_in saServer; //地址信息

char *ptr;

BOOL fSuccess = TRUE;

//WinSock初始化

wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2); //希望使用的WinSock DLL的版本

ret = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);

if(ret!=0)

{

printf(“WSAStartup() failed!\n”);

return;

}

//確認(rèn)WinSock DLL支持版本2.2

if(LOBYTE(wsaData.wVersion)!=2 || HIBYTE(wsaData.wVersion)!=2)

{

WSACleanup();

printf(“Invalid WinSock version!\n”);

return;

}

//創(chuàng)建Socket,使用TCP協(xié)議

sClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

if (sClient == INVALID_SOCKET)

{

WSACleanup();

printf(“socket() failed!\n”);

return;

}

//構(gòu)建服務(wù)器地址信息

saServer.sin_family = AF_INET; //地址家族

saServer.sin_port = htons(SERVER_PORT); //注意轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)節(jié)序

saServer.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(“192.168.1.127”);

//連接服務(wù)器

ret = connect(sClient, (struct sockaddr *)&saServer, sizeof(saServer));

if (ret == SOCKET_ERROR)

{

printf(“connect() failed!\n”);

closesocket(sClient); //關(guān)閉套接字

WSACleanup();

return;

}

char sendMessage=”hello this is client message!”;

ret = send (sClient, (char *)&sendMessage, sizeof(sendMessage), 0);

if (ret == SOCKET_ERROR)

{

printf(“send() failed!\n”);

}

else

printf(“client info has been sent!”);

closesocket(sClient); //關(guān)閉套接字

WSACleanup();

一篇搞懂tcp，http，socket，socket連接池之間的關(guān)系

作為一名開(kāi)發(fā)人員我們經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到HTTP協(xié)議、TCP/IP協(xié)議、UDP協(xié)議、Socket、Socket長(zhǎng)連接、Socket連接池等字眼，然而它們之間的關(guān)系、區(qū)別及原理并不是所有人都能理解清楚，這篇文章就從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基礎(chǔ)開(kāi)始到Socket連接池，一步一步解釋他們之間的關(guān)系。

首先從網(wǎng)絡(luò)通信的分層模型講起：七層模型，亦稱OSI(Open System Interconnection)模型。自下往上分為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。所有有關(guān)通信的都離不開(kāi)它，下面這張圖片介紹了各層所對(duì)應(yīng)的一些協(xié)議和硬件

通過(guò)上圖，我知道IP協(xié)議對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)層，TCP、UDP協(xié)議對(duì)應(yīng)于傳輸層，而HTTP協(xié)議對(duì)應(yīng)于應(yīng)用層，OSI并沒(méi)有Socket，那什么是Socket，后面我們將結(jié)合代碼具體詳細(xì)介紹。

關(guān)于傳輸層TCP、UDP協(xié)議可能我們平時(shí)遇見(jiàn)的會(huì)比較多，有人說(shuō)TCP是安全的，UDP是不安全的，UDP傳輸比TCP快，那為什么呢，我們先從TCP的連接建立的過(guò)程開(kāi)始分析，然后解釋UDP和TCP的區(qū)別。

TCP的三次握手和四次分手

我們知道TCP建立連接需要經(jīng)過(guò)三次握手，而斷開(kāi)連接需要經(jīng)過(guò)四次分手，那三次握手和四次分手分別做了什么和如何進(jìn)行的。

之一次握手：

建立連接?？蛻舳税l(fā)送連接請(qǐng)求報(bào)文段，將SYN位置為1，Sequence Number為x；然后，客戶端進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器的確認(rèn)；

第二次握手：

服務(wù)器收到客戶端的SYN報(bào)文段，需要對(duì)這個(gè)SYN報(bào)文段進(jìn)行確認(rèn)，設(shè)置Acknowledgment Number為x+1(Sequence Number+1)；同時(shí)，明含自己自己還要發(fā)送SYN請(qǐng)求信息，將SYN位置為1，Sequence Number為y；服務(wù)器端將上述所有信息放到一個(gè)報(bào)文段（即SYN+ACK報(bào)文段）中，一并發(fā)送給客戶端，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)；

第三次握手：

客戶端收到服務(wù)器的SYN+ACK報(bào)文段。然后將Acknowledgment Number設(shè)置為y+1，向服務(wù)器發(fā)送ACK報(bào)文段，這個(gè)報(bào)文段發(fā)送完畢以后，客戶端和服務(wù)器端都進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成TCP三次握手。

完成了三次握手，客戶端和服務(wù)器端就可以開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。以上就是TCP三次握手的總體介紹。通信結(jié)束客戶端和服務(wù)端就斷開(kāi)連接，需要經(jīng)過(guò)四次分手確認(rèn)。

之一次分手：

主機(jī)1（可以使客戶端，也可以是服務(wù)器端），設(shè)置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主機(jī)2發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文段；此時(shí)，主機(jī)1進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài)；這表示主機(jī)1沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送給主機(jī)2了；

第二次分手：

主機(jī)2收到了主機(jī)1發(fā)送的FIN報(bào)文段，向主機(jī)1回一個(gè)ACK報(bào)文段，Acknowledgment Number為Sequence Number加1；主機(jī)1進(jìn)入FIN_WAIT_2狀態(tài)；主機(jī)2告訴主機(jī)1，我“同意”你的關(guān)閉請(qǐng)求；

第三次分手：

主機(jī)2向主機(jī)1發(fā)送FIN報(bào)文段，請(qǐng)求關(guān)閉連接，同時(shí)主機(jī)2進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)；

第四次分手

：主機(jī)1收到主機(jī)2發(fā)送的FIN報(bào)文段，向主機(jī)2發(fā)送ACK報(bào)文段，然后主機(jī)1進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)；主機(jī)2收到主機(jī)1的ACK報(bào)文段以后，就關(guān)閉連接；此時(shí)，主激橋笑機(jī)1等待2MSL后依然沒(méi)有收到回復(fù)，則證明Server端已正常關(guān)閉，那好，主機(jī)1也可以關(guān)閉連接了。

可以看到一次tcp請(qǐng)求的建立及關(guān)閉至少進(jìn)行7次通信，這還不包過(guò)數(shù)據(jù)的通信，而UDP不需3次握手和4次分手。

TCP和UDP的區(qū)別

　1、TCP是面向鏈接的，雖然說(shuō)網(wǎng)絡(luò)的不安全不穩(wěn)定特性決定了多少次握手都不能保證連接的可靠性，但TCP的三次握手在更低限度上(實(shí)際上也很大程度上保證了)保證了連接的消此可靠性;而UDP不是面向連接的，UDP傳送數(shù)據(jù)前并不與對(duì)方建立連接，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)也不發(fā)送確認(rèn)信號(hào)，發(fā)送端不知道數(shù)據(jù)是否會(huì)正確接收，當(dāng)然也不用重發(fā)，所以說(shuō)UDP是無(wú)連接的、不可靠的一種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議?！?/p>

　2、也正由于1所說(shuō)的特點(diǎn)，使得UDP的開(kāi)銷更小數(shù)據(jù)傳輸速率更高，因?yàn)椴槐剡M(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)的確認(rèn)，所以UDP的實(shí)時(shí)性更好。知道了TCP和UDP的區(qū)別，就不難理解為何采用TCP傳輸協(xié)議的MSN比采用UDP的QQ傳輸文件慢了，但并不能說(shuō)QQ的通信是不安全的，因?yàn)槌绦騿T可以手動(dòng)對(duì)UDP的數(shù)據(jù)收發(fā)進(jìn)行驗(yàn)證，比如發(fā)送方對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編號(hào)然后由接收方進(jìn)行驗(yàn)證啊什么的，即使是這樣，UDP因?yàn)樵诘讓訁f(xié)議的封裝上沒(méi)有采用類似TCP的“三次握手”而實(shí)現(xiàn)了TCP所無(wú)法達(dá)到的傳輸效率。

關(guān)于傳輸層我們會(huì)經(jīng)常聽(tīng)到一些問(wèn)題

1．TCP服務(wù)器更大并發(fā)連接數(shù)是多少？

關(guān)于TCP服務(wù)器更大并發(fā)連接數(shù)有一種誤解就是“因?yàn)槎丝谔?hào)上限為65535,所以TCP服務(wù)器理論上的可承載的更大并發(fā)連接數(shù)也是65535”。首先需要理解一條TCP連接的組成部分：

客戶端IP、客戶端端口、服務(wù)端IP、服務(wù)端端口

。所以對(duì)于TCP服務(wù)端進(jìn)程來(lái)說(shuō)，他可以同時(shí)連接的客戶端數(shù)量并不受限于可用端口號(hào)，理論上一個(gè)服務(wù)器的一個(gè)端口能建立的連接數(shù)是全球的IP數(shù)*每臺(tái)機(jī)器的端口數(shù)。實(shí)際并發(fā)連接數(shù)受限于linux可打開(kāi)文件數(shù)，這個(gè)數(shù)是可以配置的，可以非常大，所以實(shí)際上受限于系統(tǒng)性能。通過(guò)#ulimit -n 查看服務(wù)的更大文件句柄數(shù)，通過(guò)ulimit -n xxx 修改 xxx是你想要能打開(kāi)的數(shù)量。也可以通過(guò)修改系統(tǒng)參數(shù)：

2．為什么TIME_WAIT狀態(tài)還需要等2MSL后才能返回到CLOSED狀態(tài)？

這是因?yàn)殡m然雙方都同意關(guān)閉連接了，而且握手的4個(gè)報(bào)文也都協(xié)調(diào)和發(fā)送完畢，按理可以直接回到CLOSED狀態(tài)（就好比從SYN_SEND狀態(tài)到ESTABLISH狀態(tài)那樣）；但是因?yàn)槲覀儽仨氁傧刖W(wǎng)絡(luò)是不可靠的，你無(wú)法保證你最后發(fā)送的ACK報(bào)文會(huì)一定被對(duì)方收到，因此對(duì)方處于LAST_ACK狀態(tài)下的Socket可能會(huì)因?yàn)槌瑫r(shí)未收到ACK報(bào)文，而重發(fā)FIN報(bào)文，所以這個(gè)TIME_WAIT狀態(tài)的作用就是用來(lái)重發(fā)可能丟失的ACK報(bào)文。

3．TIME_WAIT狀態(tài)還需要等2MSL后才能返回到CLOSED狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生什么問(wèn)題

通信雙方建立TCP連接后，主動(dòng)關(guān)閉連接的一方就會(huì)進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，TIME_WAIT狀態(tài)維持時(shí)間是兩個(gè)MSL時(shí)間長(zhǎng)度，也就是在1-4分鐘，Windows操作系統(tǒng)就是4分鐘。進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)的一般情況下是客戶端，一個(gè)TIME_WAIT狀態(tài)的連接就占用了一個(gè)本地端口。一臺(tái)機(jī)器上端口號(hào)數(shù)量的上限是65536個(gè)，如果在同一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行壓力測(cè)試模擬上萬(wàn)的客戶請(qǐng)求，并且循環(huán)與服務(wù)端進(jìn)行短連接通信，那么這臺(tái)機(jī)器將產(chǎn)生4000個(gè)左右的TIME_WAIT Socket，后續(xù)的短連接就會(huì)產(chǎn)生address already in use : connect的異常，如果使用Nginx作為方向代理也需要考慮TIME_WAIT狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在大量TIME_WAIT狀態(tài)的連接，通過(guò)調(diào)整內(nèi)核參數(shù)解決。

編輯文件，加入以下內(nèi)容：

然后執(zhí)行 /in/sysctl -p 讓參數(shù)生效。

net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示開(kāi)啟SYN Cookies。當(dāng)出現(xiàn)SYN等待隊(duì)列溢出時(shí)，啟用cookies來(lái)處理，可防范少量SYN攻擊，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉；

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示開(kāi)啟重用。允許將TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP連接，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉；

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示開(kāi)啟TCP連接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉。

net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統(tǒng)默認(rèn)的TIMEOUT時(shí)間

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關(guān)于TCP/IP和HTTP協(xié)議的關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)有一段比較容易理解的介紹：“我們?cè)趥鬏敂?shù)據(jù)時(shí)，可以只使用(傳輸層)TCP/IP協(xié)議，但是那樣的話，如果沒(méi)有應(yīng)用層，便無(wú)法識(shí)別數(shù)據(jù)內(nèi)容。如果想要使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有意義，則必須使用到應(yīng)用層協(xié)議。應(yīng)用層協(xié)議有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自己定義應(yīng)用層協(xié)議。

HTTP協(xié)議即超文本傳送協(xié)議(Hypertext Transfer Protocol )，是Web聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是手機(jī)聯(lián)網(wǎng)常用的協(xié)議之一，WEB使用HTTP協(xié)議作應(yīng)用層協(xié)議，以封裝HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做傳輸層協(xié)議將它發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上。

由于HTTP在每次請(qǐng)求結(jié)束后都會(huì)主動(dòng)釋放連接，因此HTTP連接是一種“短連接”，要保持客戶端程序的在線狀態(tài)，需要不斷地向服務(wù)器發(fā)起連接請(qǐng)求。通常的做法是即時(shí)不需要獲得任何數(shù)據(jù)，客戶端也保持每隔一段固定的時(shí)間向服務(wù)器發(fā)送一次“保持連接”的請(qǐng)求，服務(wù)器在收到該請(qǐng)求后對(duì)客戶端進(jìn)行回復(fù)，表明知道客戶端“在線”。若服務(wù)器長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法收到客戶端的請(qǐng)求，則認(rèn)為客戶端“下線”，若客戶端長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法收到服務(wù)器的回復(fù)，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)斷開(kāi)。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的HTTP Post application/json數(shù)據(jù)內(nèi)容的請(qǐng)求：

現(xiàn)在我們了解到TCP/IP只是一個(gè)協(xié)議棧，就像操作系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制一樣，必須要具體實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還要提供對(duì)外的操作接口。就像操作系統(tǒng)會(huì)提供標(biāo)準(zhǔn)的編程接口，比如Win32編程接口一樣，TCP/IP也必須對(duì)外提供編程接口，這就是Socket?，F(xiàn)在我們知道，Socket跟TCP/IP并沒(méi)有必然的聯(lián)系。Socket編程接口在設(shè)計(jì)的時(shí)候，就希望也能適應(yīng)其他的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。所以，Socket的出現(xiàn)只是可以更方便的使用TCP/IP協(xié)議棧而已，其對(duì)TCP/IP進(jìn)行了抽象，形成了幾個(gè)最基本的函數(shù)接口。比如create，listen，accept，connect，read和write等等。

不同語(yǔ)言都有對(duì)應(yīng)的建立Socket服務(wù)端和客戶端的庫(kù)，下面舉例Nodejs如何創(chuàng)建服務(wù)端和客戶端：

服務(wù)端：

服務(wù)監(jiān)聽(tīng)9000端口

下面使用命令行發(fā)送http請(qǐng)求和telnet

注意到curl只處理了一次報(bào)文。

客戶端

Socket長(zhǎng)連接

所謂長(zhǎng)連接，指在一個(gè)TCP連接上可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包，在TCP連接保持期間，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)包發(fā)送，需要雙方發(fā)檢測(cè)包以維持此連接(心跳包)，一般需要自己做在線維持。短連接是指通信雙方有數(shù)據(jù)交互時(shí)，就建立一個(gè)TCP連接，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，則斷開(kāi)此TCP連接。比如Http的，只是連接、請(qǐng)求、關(guān)閉，過(guò)程時(shí)間較短,服務(wù)器若是一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到請(qǐng)求即可關(guān)閉連接。其實(shí)長(zhǎng)連接是相對(duì)于通常的短連接而說(shuō)的，也就是長(zhǎng)時(shí)間保持客戶端與服務(wù)端的連接狀態(tài)。

通常的短連接操作步驟是：

連接數(shù)據(jù)傳輸關(guān)閉連接；

而長(zhǎng)連接通常就是：

連接數(shù)據(jù)傳輸保持連接(心跳) 數(shù)據(jù)傳輸保持連接(心跳) …… 關(guān)閉連接；

什么時(shí)候用長(zhǎng)連接，短連接？

長(zhǎng)連接多用于操作頻繁，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊，而且連接數(shù)不能太多情況，。每個(gè)TCP連接都需要三步握手，這需要時(shí)間，如果每個(gè)操作都是先連接，再操作的話那么處理速度會(huì)降低很多，所以每個(gè)操作完后都不斷開(kāi)，次處理時(shí)直接發(fā)送數(shù)據(jù)包就OK了，不用建立TCP連接。例如：數(shù)據(jù)庫(kù)的連接用長(zhǎng)連接，如果用短連接頻繁的通信會(huì)造成Socket錯(cuò)誤，而且頻繁的Socket創(chuàng)建也是對(duì)資源的浪費(fèi)。

什么是心跳包為什么需要：

心跳包就是在客戶端和服務(wù)端間定時(shí)通知對(duì)方自己狀態(tài)的一個(gè)自己定義的命令字，按照一定的時(shí)間間隔發(fā)送，類似于心跳，所以叫做心跳包。網(wǎng)絡(luò)中的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)都是使用Socket進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。但是如果此套接字已經(jīng)斷開(kāi)（比如一方斷網(wǎng)了），那發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的時(shí)候就一定會(huì)有問(wèn)題。可是如何判斷這個(gè)套接字是否還可以使用呢？這個(gè)就需要在系統(tǒng)中創(chuàng)建心跳機(jī)制。其實(shí)TCP中已經(jīng)為我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)叫做心跳的機(jī)制。如果你設(shè)置了心跳，那TCP就會(huì)在一定的時(shí)間（比如你設(shè)置的是3秒鐘）內(nèi)發(fā)送你設(shè)置的次數(shù)的心跳（比如說(shuō)2次），并且此信息不會(huì)影響你自己定義的協(xié)議。也可以自己定義，所謂“心跳”就是定時(shí)發(fā)送一個(gè)自定義的結(jié)構(gòu)體（心跳包或心跳幀），讓對(duì)方知道自己“在線”,以確保鏈接的有效性。

實(shí)現(xiàn)：

服務(wù)端：

服務(wù)端輸出結(jié)果：

客戶端代碼：

客戶端輸出結(jié)果：

如果想要使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有意義，則必須使用到應(yīng)用層協(xié)議比如Http、Mqtt、Dubbo等。基于TCP協(xié)議上自定義自己的應(yīng)用層的協(xié)議需要解決的幾個(gè)問(wèn)題：

下面我們就一起來(lái)定義自己的協(xié)議，并編寫服務(wù)的和客戶端進(jìn)行調(diào)用：

定義報(bào)文頭格式： length:xxxx; xxxx代表數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，總長(zhǎng)度20,舉例子不嚴(yán)謹(jǐn)。

數(shù)據(jù)表的格式: Json

服務(wù)端:

日志打?。?/p>

客戶端

日志打?。?/p>

客戶端定時(shí)發(fā)送自定義協(xié)議數(shù)據(jù)到服務(wù)端，先發(fā)送頭數(shù)據(jù)，在發(fā)送內(nèi)容數(shù)據(jù)，另外一個(gè)定時(shí)器發(fā)送心跳數(shù)據(jù)，服務(wù)端判斷是心跳數(shù)據(jù)，再判斷是不是頭數(shù)據(jù)，再是內(nèi)容數(shù)據(jù)，然后解析后再發(fā)送數(shù)據(jù)給客戶端。從日志的打印可以看出客戶端先后writeheader和data數(shù)據(jù)，服務(wù)端可能在一個(gè)data事件里面接收到。

這里可以看到一個(gè)客戶端在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)處理一個(gè)請(qǐng)求可以很好的工作，但是想象這么一個(gè)場(chǎng)景，如果同一時(shí)間內(nèi)讓同一個(gè)客戶端去多次調(diào)用服務(wù)端請(qǐng)求，發(fā)送多次頭數(shù)據(jù)和內(nèi)容數(shù)據(jù)，服務(wù)端的data事件收到的數(shù)據(jù)就很難區(qū)別哪些數(shù)據(jù)是哪次請(qǐng)求的，比如兩次頭數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)服務(wù)端，服務(wù)端就會(huì)忽略其中一次，而后面的內(nèi)容數(shù)據(jù)也不一定就對(duì)應(yīng)于這個(gè)頭的。所以想復(fù)用長(zhǎng)連接并能很好的高并發(fā)處理服務(wù)端請(qǐng)求，就需要連接池這種方式了。

什么是Socket連接池,池的概念可以聯(lián)想到是一種資源的，所以Socket連接池，就是維護(hù)著一定數(shù)量Socket長(zhǎng)連接的。它能自動(dòng)檢測(cè)Socket長(zhǎng)連接的有效性，剔除無(wú)效的連接，補(bǔ)充連接池的長(zhǎng)連接的數(shù)量。從代碼層次上其實(shí)是人為實(shí)現(xiàn)這種功能的類，一般一個(gè)連接池包含下面幾個(gè)屬性：

場(chǎng)景：一個(gè)請(qǐng)求過(guò)來(lái)，首先去資源池要求獲取一個(gè)長(zhǎng)連接資源，如果空閑隊(duì)列里面有長(zhǎng)連接，就獲取到這個(gè)長(zhǎng)連接Socket,并把這個(gè)Socket移到正在運(yùn)行的長(zhǎng)連接隊(duì)列。如果空閑隊(duì)列里面沒(méi)有，且正在運(yùn)行的隊(duì)列長(zhǎng)度小于配置的連接池資源的數(shù)量，就新建一個(gè)長(zhǎng)連接到正在運(yùn)行的隊(duì)列去，如果正在運(yùn)行的不下于配置的資源池長(zhǎng)度，則這個(gè)請(qǐng)求進(jìn)入到等待隊(duì)列去。當(dāng)一個(gè)正在運(yùn)行的Socket完成了請(qǐng)求，就從正在運(yùn)行的隊(duì)列移到空閑的隊(duì)列，并觸發(fā)等待請(qǐng)求隊(duì)列去獲取空閑資源，如果有等待的情況。

這里簡(jiǎn)單介紹Nodejs的Socket連接池generic-pool模塊的源碼。

主要文件目錄結(jié)構(gòu)

下面介紹庫(kù)的使用：

初始化連接池

使用連接池

下面連接池的使用，使用的協(xié)議是我們之前自定義的協(xié)議。

日志打?。?/p>

這里看到前面兩個(gè)請(qǐng)求都建立了新的Socket連接 socket_pool 127.0.0.connect，定時(shí)器結(jié)束后重新發(fā)起兩個(gè)請(qǐng)求就沒(méi)有建立新的Socket連接了，直接從連接池里面獲取Socket連接資源。

源碼分析

發(fā)現(xiàn)主要的代碼就位于lib文件夾中的Pool.js

構(gòu)造函數(shù)：

lib/Pool.js

可以看到包含之前說(shuō)的空閑的資源隊(duì)列，正在請(qǐng)求的資源隊(duì)列，正在等待的請(qǐng)求隊(duì)列等。

下面查看 Pool.acquire 方法

lib/Pool.js

上面的代碼就按種情況一直走下到最終獲取到長(zhǎng)連接的資源，其他更多代碼大家可以自己去深入了解。

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文章標(biāo)題：Linux心跳包C編程指南(linux心跳包c(diǎn))
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