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TCP连接状态的多种判断方法

时间：2025-10-20 23:32:55
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liwen01_2020.01.10

  • 前言

  • (一)通过错误码和信号判断

    • (1)写数据信号和错误码判断

    • (2)读数据判断返回值

  • (二)通过select系统函数判断

  • (三)通过TCP_INFO套接字选项判断

  • (四)通过SO_KEEPALIVE套接字选项判断

  • (五)通过SO_RCVTIMEO/SO_SNDTIMEO判断

  • (六)自定义通信心跳判断

前言

在TCP网络编程模型中，无论是客户端还是服务端，在网络编程的过程中都需要判断连接的对方网络状态是否正常。在linux系统中，有很多种方式可以判断连接的对方网络是否已经断开。

  • 通过错误码和信号判断
  • 通过select系统函数判断
  • 通过TCP_INFO套接字选项判断
  • 通过SO_KEEPALIVE套接字选项判断
  • 通过SO_RCVTIMEO/SO_SNDTIMEO判断

(一)通过错误码和信号判断

(1)写数据信号和错误码判断

在写TCP连接数据的时候，如果对方连接已经正常断开，那么写数据端将会收到一个SIGPIPE信号，可以通过这个信号知道对方连接已经断开。该信号信号会终止当前进程，如果不在对方连接断开不退出进程，那么就应该注册信号函数。

同时，如果对方连接已经正常断开，那么write写数据端将会返回写错误。返回的写长度为-1，此时的错误码为：32,对应错误值为EPIPE;因此可以写数据时write的返回值和错误码来判断对方连接是否已经断开了。

(2)读数据判断返回值

如果当前是默认的阻塞模式读取，那么此时read读取返回的长度为0，错误码也是为0，其实表示读取成功。这里需要注意read 和recv接口的默认返回值是不一样的，使用recv接口也会返回EPIPE错误码。client_tcp.c 

/************************************************************
*Copyright (C),lcb0281at163.com lcb0281atgmail.com
*FileName: 01_client_tcp.c
*BlogAddr: caibiao-lee.blog.csdn.net
*Description: TCP 客户端收发数据 
*Date:     2020-01-04
*Author:   Caibiao Lee
*Version:  V1.0
*Others:
 通过read write 函数的返回值和错误码判断对方连接是否已经断开
*History:
***********************************************************/ #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #define SERVER_IP_ADDR "192.168.1.111" #define PORT 8888 /* 侦听端口地址 */ void sig_proccess(int signo) { printf("Catch a exit signal\n"); exit(0); 
} void sig_pipe(int sign) { printf("Catch a SIGPIPE signal\n"); /* 释放资源 */ } void process_conn_client(int s32SocketFd) { int size = 0; char buffer[1024] = {0}; char *sendData = "I am client"; for(;;)
 {
 size = write(s32SocketFd, sendData, strlen(sendData)+1); if(size!=strlen(sendData)+1)
 { printf("write data error size=%d errno=%d \n",size,errno); //return ; }
 
 size = read(s32SocketFd, buffer, 1024); if(size<=0)
 { printf("read data error size=%d errno=%d \n",size,errno); //return ;  }else { printf("recv Data: %s\n",buffer);
 }
 sleep(1);

 } 
} int main(int argc, char *argv[]) { struct sockaddr_in server_addr; int l_s32SocketFd = 0;

 
 signal(SIGINT, sig_proccess);
 signal(SIGPIPE, sig_pipe); /* 建立一个流式套接字 */ l_s32SocketFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(l_s32SocketFd < 0)
 {/* 出错 */ printf("socket error\n"); return -1; 
 } /* 设置服务器地址 */ bzero(&server_addr, sizeof(server_addr)); /* 清0 */ server_addr.sin_family = AF_INET; /* 协议族 */ server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP_ADDR);/*服务器IP地址*//* 本地地址 */ server_addr.sin_port = htons(PORT); /* 服务器端口 */ /* 连接服务器 */ connect(l_s32SocketFd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(struct sockaddr));
 process_conn_client(l_s32SocketFd); /* 客户端处理过程 */ close(l_s32SocketFd); /* 关闭连接 */ return 0;
}

server_tcp.c 

/************************************************************
*Copyright (C),lcb0281at163.com lcb0281atgmail.com
*FileName: 01_server_tcp.c
*BlogAddr: caibiao-lee.blog.csdn.net
*Description: TCP 客户端收发数据 
*Date:     2020-01-04
*Author:   Caibiao Lee
*Version:  V1.0
*Others:
 通过read write 函数的返回值和错误码判断对方连接是否已经断开
*History:
***********************************************************/ #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #define SERVER_IP_ADDR "192.168.1.111" #define PORT 8888 /* 侦听端口地址 */ #define BACKLOG 2 /* 侦听队列长度 */ void sig_proccess(int signo) { printf("Catch a exit signal\n"); exit(0); 
} void sig_pipe(int sign) { printf("Catch a SIGPIPE signal\n"); /* 释放资源 */ } /* 服务器对客户端的处理 */ void process_conn_server(int s32SocketFd) { int size = 0; char buffer[1024]; /* 数据的缓冲区 */ for(;;)
 { /* 从套接字中读取数据放到缓冲区buffer中 */ size = read(s32SocketFd, buffer, 1024); if(size==0)
 {/* 没有数据 */ printf("read size = %d, error %d \n",size,errno); //return;  }else if(size<0)
 { printf("read size = %d, error %d \n",size,errno); //return ; }else { printf("recv data:%s \n",buffer);
 
 } memset(buffer,0,sizeof(buffer)); /* 构建响应字符，为接收到客户端字节的数量 */ strcpy(buffer,"I am server");
 size = write(s32SocketFd, buffer, strlen(buffer)+1);/* 发给客户端 */ if((strlen(buffer)+1)==size)
 {

 }else { printf("write data error size = %d, errno=%d\n",size,errno); //return ; }
 sleep(1);
 } 
} int main(int argc, char *argv[]) { int l_s32ServerFd = -1; int l_s32ClientrFd = -1; struct sockaddr_in server_addr; /* 服务器地址结构 */ struct sockaddr_in client_addr; /* 客户端地址结构 */ int l_s32Ret = 0; /* 返回值 */ pid_t pid; /* 分叉的进行id */ signal(SIGINT, sig_proccess);
 signal(SIGPIPE, sig_pipe); /* 建立一个流式套接字 */ l_s32ServerFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(l_s32ServerFd < 0)
 {/* 出错 */ printf("socket error\n"); return -1; 
 } /* 设置服务器地址 */ bzero(&server_addr, sizeof(server_addr)); /* 清0 */ server_addr.sin_family = AF_INET; /* 协议族 */ server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP_ADDR);/*服务器IP地址*/ server_addr.sin_port = htons(PORT); /* 服务器端口 */ /*设置IP地址可以重复绑定*/ int l_s32UseAddr = 1; if(setsockopt(l_s32ServerFd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &l_s32UseAddr, sizeof(int)) < 0)
 { printf("%s %d\tsetsockopt error! Error code: %d，Error message: %s\n", 
 __FUNCTION__, __LINE__, errno, strerror(errno)); return -2;
 } /* 绑定地址结构到套接字描述符 */ l_s32Ret = bind(l_s32ServerFd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); if(l_s32Ret < 0)
 {/* 出错 */ printf("bind error\n"); return -1; 
 } /* 设置侦听 */ l_s32Ret = listen(l_s32ServerFd, BACKLOG); if(l_s32Ret < 0)
 {/* 出错 */ printf("listen error\n"); return -1; 
 } /* 主循环过程 */ for(;;)
 { int addrlen = sizeof(struct sockaddr); /* 接收客户端连接 */ l_s32ClientrFd = accept(l_s32ServerFd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addrlen); if(l_s32ClientrFd < 0)
 { /* 出错 */ continue; /* 结束本次循环 */ } /* 建立一个新的进程处理到来的连接 */ pid = fork(); /* 分叉进程 */ if( pid == 0 )
 { /* 子进程中 */ close(l_s32ServerFd); /* 在子进程中关闭服务器的侦听 */ process_conn_server(l_s32ClientrFd);/* 处理连接 */ }else {
 close(l_s32ClientrFd); /* 在父进程中关闭客户端的连接 */ }
 }
}

(二)通过select系统函数判断

select实际是IO复用的一个接口，它可以同时检测多个连接是否有数据可读写操作，并且可以设置检测的超时时间。 在点对点的连接中如果select超时，它返回值为0；

  • 当出现异常的时候，返回-1，如果对方断开可能收到104的错误码，也就是ECONNRESET，表示连接被重置
  • 当select返回1，表示正常，如果read此时返回的值为0，表示对方连接已经断开。 
/******************************************************** 
Function:     process_conn_server 
Description: 服务器对客户端的处理
Input:    s32SocketFd ：服务端接收到客户端连接的ID;
OutPut: none
Return: 0: success，none 0:error
Others: 通过select判断客户端的连接状态
Author: Caibiao Lee
Date:    2020-01-04
*********************************************************/ void process_conn_server(int s32SocketFd) { int size = 0; int l_s32Ret = 0; char buffer[1024]; /* 数据的缓冲区 */ fd_set l_stReadfd; struct timeval l_stTimeout={0}; for(;;)
 { 
 l_stTimeout.tv_sec=0;
 l_stTimeout.tv_usec=10000;
 FD_ZERO(&l_stReadfd);
 FD_SET(s32SocketFd ,&l_stReadfd);
 l_s32Ret = select(s32SocketFd+1, &l_stReadfd,NULL,NULL, &l_stTimeout); if (l_s32Ret<=0)
 { printf("select error l_s32Ret=%d errno=%d\n",l_s32Ret,errno);
 usleep(100000);
 } else if(FD_ISSET(s32SocketFd,&l_stReadfd))
 { printf("l_s32Ret = %d \n",l_s32Ret); /* 从套接字中读取数据放到缓冲区buffer中 */ size = read(s32SocketFd, buffer, 1024); if(size==0)
 {/* 没有数据 */ printf("read size = %d, error %d \n",size,errno); //return;  }else if(size<0)
 { printf("read size = %d, error %d \n",size,errno); //return ; }else { printf("recv data:%s \n",buffer);
 }
 } memset(buffer,0,sizeof(buffer)); /* 构建响应字符，为接收到客户端字节的数量 */ strcpy(buffer,"I am server");
 size = write(s32SocketFd, buffer, strlen(buffer)+1);/* 发给客户端 */ if((strlen(buffer)+1)==size)
 {

 }else { printf("write data error size = %d, errno=%d\n",size,errno); //return ; }
 sleep(1);
 } 
}

(三)通过TCP_INFO套接字选项判断

通过getsockopt函数可以获取TCP连接的连接状态，当状态为ESTABLISHED的时候表示该连接正常。TCP的其它状态还有：

  • CLOSED：表示初始状态。对服务端和C客户端双方都一样。
  • LISTEN：表示监听状态。服务端调用了listen函数，可以开始accept连接了。
  • SYN_SENT：表示客户端已经发送了SYN报文。当客户端调用connect函数发起连接时，首先发SYN给服务端，然后自己进入SYN_SENT状态，并等待服务端发送ACK+SYN。
  • SYN_RCVD：表示服务端收到客户端发送SYN报文。服务端收到这个报文后，进入SYN_RCVD状态，然后发送ACK+SYN给客户端。
  • ESTABLISHED：表示连接已经建立成功了。服务端发送完ACK+SYN后进入该状态，客户端收到ACK后也进入该状态。
  • FIN_WAIT_1：表示主动关闭连接。无论哪方调用close函数发送FIN报文都会进入这个这个状态。
  • FIN_WAIT_2：表示被动关闭方同意关闭连接。主动关闭连接方收到被动关闭方返回的ACK后，会进入该状态。
  • TIME_WAIT：表示收到对方的FIN报文并发送了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。
  • CLOSING：表示双方同时关闭连接。如果双方几乎同时调用close函数，那么会出现双方同时发送FIN报文的情况，此时就会出现CLOSING状态，表示双方都在关闭连接。
  • CLOSE_WAIT：表示被动关闭方等待关闭。当收到对方调用close函数发送的FIN报文时，回应对方ACK报文，此时进入CLOSE_WAIT状态。
  • LAST_ACK：表示被动关闭方发送FIN报文后，等待对方的ACK报文状态，当收到ACK后进入CLOSED状态。 功能代码如下: 
/******************************************************** 
Function:     check_tcp_alive 
Description: 通过TCP_INFO查询网络状态
Input:    s32SocketFd ：服务端接收到客户端连接的ID;
OutPut: none
Return: 0: success，none 0:error
Others: 
Author: Caibiao Lee
Date:    2020-01-04
*********************************************************/ int check_tcp_alive(int s32SocketFd) { while(1)
 { printf("alive  s32SocketFd = %d \n",s32SocketFd); if(s32SocketFd>0)
 { struct tcp_info info; int len = sizeof(info);

 getsockopt(s32SocketFd, IPPROTO_TCP, TCP_INFO, &info, (socklen_t *)&len); printf("info.tcpi_state = %d\n",info.tcpi_state); if(info.tcpi_state == TCP_ESTABLISHED)
 { printf("connect ok \r\n"); //return 0; } else { printf("connect error\r\n"); //return -1; }
 }
 sleep(1); printf("\n\n");
 }
}

(四)通过SO_KEEPALIVE套接字选项判断

选项SO_KEEPALIVE用于设置TCP连接的保持，当设置此项后，连接会测试连接的状态。这个选项用于可能长时间没有数据交流的连接，通常在服务器端进行设置。

当设置SO_KEEPALIVE选项后，如果在两个小时内没有数据通信时，TCP会自动发送一个活动探测数据报文，对方必须对此进行响应，通常有如下3种情况。

  1. TCP的连接正常，发送一个ACK响应，这个过程应用层是不知道的。再过两个小时，又会再发送一个。
  2. 对方发送RST响应，对方在2个小时内进行了重启或者崩溃。之前的连接己经失效，套接字收到一个ECONNRESET错误，之前的套接字关闭。
  3. 如果对方没有任何响应，则本机会发送另外8个活动探测报文，时间的间隔为75s,当第一个活动报文发送11分15秒后仍然没有收到对方的任何响应，则放弃探测，套接字错误类型设置为ETIMEOUT，并关闭套接字连接。如果收到一个ICMP控制报文响应，此时套接字也关闭，这种情况通常收到的是一个主机不可达的ICMP报文，此时套接字错误类型设置为EHOSTUNREACH,并关闭套接字连接。SO_KEEPALIVE的使用场景主要是在可能发送长时间无数据响应的TCP连接，例如Telnet会话，经常会出现打开一个telnet客户端后，长时间不用的情况，这需要服务器或 者客户端有一个探测机制知道对方是否仍然活动。根据探测结果服务器会释放己经失效的客户端，保证服务器资源的有效性，例如有的telnet客户端没有按照正常步骤进行关闭。

网上有不少资料介绍不推荐使用SO_KEEPALIVE来判断网络连接是否断开，具体原因没有去追踪，这里不再介绍它的使用。

(五)通过SO_RCVTIMEO/SO_SNDTIMEO判断

这个是通过套接字的SO_RCVTIMEO、SO_SNDTIMEO来设置收发数据超时。对于前面的前面的几种判断方式，都是基于对方正常网络断开后，主机才能够正常的判断到网络状态。如果连接的某一方突然断电，主机并不能知道对方设备突然断电，通过TCP_INFO查询到的也是网络正常，但实际情况是这是网络连接已经断开了。

这时，可以使用收发数据超时来判断：     如果设置的时间没有收到数据，read时会返回-1，同时有错误码EAGAIN产生，这时是可以判断出对连接已经断开了。     这种方式的确定就是，如果设定的一段时间没有收发数据，就会被判断为超时断开连接。 

/******************************************************** 
Function:     process_conn_server 
Description: 通过设置收发操作判断对方连接已经断开了
Input:    s32SocketFd ：服务端接收到客户端连接的ID;
OutPut: none
Return: 0: success，none 0:error
Others: 
Author: Caibiao Lee
Date:    2020-01-04
*********************************************************/ void process_conn_server(int s32SocketFd) { int size = 0; char buffer[1024]; /* 数据的缓冲区 */ int optlen = -1; /* 整型的选项类型值 */ int l_s32Ret = 0; /* 设置发送和接收超时时间 */ struct timeval tv; tv.tv_sec = 10; /* 1秒 */ tv.tv_usec = 200000;/* 200ms */ optlen = sizeof(tv);
 l_s32Ret = setsockopt(s32SocketFd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tv, optlen); /* 设置接收超时时间 */ if(l_s32Ret == -1){/* 设置接收超时时间失败 */ printf("设置接收超时时间失败\n"); 
 }
 
 l_s32Ret = setsockopt(s32SocketFd, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, &tv, optlen);/* 设置发送超时时间 */ if(l_s32Ret == -1){ printf("设置发送超时时间失败\n"); 
 } for(;;)
 { /* 从套接字中读取数据放到缓冲区buffer中 */ size = read(s32SocketFd, buffer, 1024); if(size==0)
 {/* 没有数据 */ printf("read size = %d, error %d \n",size,errno); //return;  }else if(size<0)
 { printf("read size = %d, error %d \n",size,errno); //return ; }else { printf("recv data:%s \n",buffer);
 
 } memset(buffer,0,sizeof(buffer)); /* 构建响应字符，为接收到客户端字节的数量 */ strcpy(buffer,"I am server");
 size = write(s32SocketFd, buffer, strlen(buffer)+1);/* 发给客户端 */ if((strlen(buffer)+1)==size)
 {

 }else { printf("write data error size = %d, errno=%d\n",size,errno); //return ; }
 sleep(1);
 } 
}

(六)自定义通信心跳判断

在一些比较重要的命令收发链接中，一般是客户端和服务端会建立心跳机制，心跳时间间隔根据不同的业务需求而不同。当约定的时间段内没有收到心跳数据包，就可以判断对方是否已经断开了连接。

这种方式非常简单，对于嵌入式设备而言，主要的缺点是心跳会耗费流量，同时会增加一点点系统负载，并且不适合并发连接的情况。


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