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本文由作者小林 coding 分享，来自公号“小林 coding”，有订正和改变。
1、引言
说到 TCP 协定，对于从事即时通讯 /IM 这方面利用的开发者们来说，再相熟不过了。随着对 TCP 了解的越来越深刻，很多曾今碰到过但没工夫深刻探索的 TCP 技术概念或疑难，当初是时候回头来恶补一下了。
本篇文章，咱们就从零碎层面深刻地探讨一个乏味的 TCP 技术问题：拔掉网线后，再插上，本来的这条 TCP 连贯还在吗？或者说它还“好”吗？
可能有的人会说：网线都被拔掉了，那阐明物理层（也叫实体层）被断开了（对于网络协议分层模型请见《疾速了解网络通信协定（上篇）》），那在物理层之上的传输层理当也会断开，所以本来的 TCP 连贯就不会存在的了。就如同咱们拨打有线电话的时候，如果某一方的电话线被拔了，那么本次通话就彻底断了。
答案真的是这样吗？可能并非你了解的这样哦，一起追随笔者来深入探讨一下。
学习交换：
- 挪动端 IM 开发入门文章：《新手入门一篇就够：从零开发挪动端 IM》
- 开源 IM 框架源码：https://github.com/JackJiang2…
（本文同步公布于：http://www.52im.net/thread-38…）
2、系列文章
本文是系列文章中的第 14 篇，本系列文章的纲要如下：
《鲜为人知的网络编程(一)：浅析 TCP 协定中的疑难杂症(上篇)》
《鲜为人知的网络编程(二)：浅析 TCP 协定中的疑难杂症(下篇)》
《鲜为人知的网络编程(三)：敞开 TCP 连贯时为什么会 TIME_WAIT、CLOSE_WAIT》
《鲜为人知的网络编程(四)：深入研究剖析 TCP 的异样敞开》
《鲜为人知的网络编程(五)：UDP 的连接性和负载平衡》
《鲜为人知的网络编程(六)：深刻地了解 UDP 协定并用好它》
《鲜为人知的网络编程(七)：如何让不牢靠的 UDP 变的牢靠？》
《鲜为人知的网络编程(八)：从数据传输层深度解密 HTTP》
《鲜为人知的网络编程(九)：实践联系实际，全方位深刻了解 DNS》
《鲜为人知的网络编程(十)：深刻操作系统，从内核了解网络包的接管过程(Linux 篇)》
《鲜为人知的网络编程(十一)：从底层动手，深度剖析 TCP 连贯耗时的机密》
《鲜为人知的网络编程(十二)：彻底搞懂 TCP 协定层的 KeepAlive 保活机制》
《鲜为人知的网络编程(十三)：深刻操作系统，彻底搞懂 127.0.0.1 本机网络通信》
《鲜为人知的网络编程(十四)：拔掉网线再插上，TCP 连贯还在吗？一文即懂！》（* 本文）
3、比拟抽象的答案
3.1 答案
引言里咱们说到：有人认为，网线都被拔掉了，那阐明物理层被断开，那么物理层之上的传输层必定也会断开，所以原来的 TCP 连贯天然也就不存在了。（PS：计算机网络分层详解请见《史上最艰深计算机网络分层详解》）
下面这个逻辑是有问题的。
问题在于：谬误的认为拔掉网线这个动作会影响传输层，事实上并不会影响！
实际上：TCP 连贯在 Linux 内核中是一个名为 struct socket 的构造体，该构造体的内容蕴含 TCP 连贯的状态等信息。
所以：当拔掉网线的时候，操作系统并不会变更该构造体的任何内容，所以 TCP 连贯的状态也不会产生扭转。
3.2 试验验证一下
我做了个小试验：我用 ssh 终端连贯了我的云服务器，而后我通过断开 wifi 的形式来模仿拔掉网线的场景，此时查看 TCP 连贯的状态没有发生变化，还是处于 ESTABLISHED 状态（如下图所示）。
通过下面试验后果能够验证我的论断：拔掉网线这个动作并不会影响 TCP 连贯的状态。
不过，这个答案还是有点抽象。实际上，咱们应该在更具体的场景中来对待这个问题，答案才更精确一些。
这个具体场景就是：
1）当拔掉网线后，有数据传输时；
2）当拔掉网线后，没有数据传输时。
针对下面这两种具体的场景，我来更具体地来剖析一下。咱们持续往下浏览。
4、具体场景 1：拔掉网线后，有数据传输时
4.1 数据传输过程中，恰好又把网线插回去了
如果是客户端被拔掉网线后，服务端向客户端发送的数据报文会得不到任何的响应，在期待肯定时长后，服务端就会触发 TCP 协定的超时重传机制（详见：《TCP/IP 详解 – 第 21 章·TCP 的超时与重传》），然而此时重传并不能失去响应的数据报文。
如果在服务端重传报文的过程中，客户端恰好把网线插回去了，因为拔掉网线并不会扭转客户端的 TCP 连贯状态，并且还是处于 ESTABLISHED 状态，所以这时客户端是能够失常接管服务端发来的数据报文的，而后客户端就会回 ACK 响应报文。
此时：客户端和服务端的 TCP 连贯将仍然存在且工作状态不会受到影响，给应用层的感觉就像什么事件都没有产生。。。
4.2 数据传输过程中，网线始终没有插回去
下面这种状况下，如果在服务端 TCP 协定重传报文的过程中，客户端始终没有将网线插回去，那么服务端超时重传报文的次数达到肯定阈值后，内核就会断定出该 TCP 有问题。而后就会通过 Socket 接口通知应用程序该 TCP 连贯出问题了，于是服务端的 TCP 连贯就会断开。
接下来，如果客户端再插回网线，如果客户端向服务端发送了数据，因为服务端曾经没有与客户端匹配的 TCP 连贯信息了，因而服务端内核就会回复 RST 报文，客户端收到后就会开释该 TCP 连贯。
此时：客户端和服务端的 TCP 连贯曾经明确被断开，本来的这个连贯也就不存在了。
4.3 刨根问底：TCP 数据报文到底重传几次？
本着知其然更应知其所以然的精力，咱们来刨根问底一下：TCP 的数据报文到底有重传几次呢？
在 Linux 零碎中，提供了一个叫 tcp_retries2 配置项，默认值是 15（如下图所示）。
如上图所示：这个内核参数是管制 TCP 连贯建设的状况下，超时重传的最大次数。
不过 tcp_retries2 设置了 15 次，并不代表 TCP 超时重传了 15 次才会告诉应用程序终止该 TCP 连贯，内核还会基于“最大超时工夫”来断定。
每一轮的超时工夫都是倍数增长的，比方第一次触发超时重传是在 2s 后，第二次则是在 4s 后，第三次则是 8s 后，以此类推。
内核会依据 tcp_retries2 设置的值，计算出一个最大超时工夫。
在重传报文且始终没有收到对方响应的状况时，先达到“最大重传次数”或者“最大超时工夫”这两个的其中一个条件后，就会进行重传，而后就会断开 TCP 连贯。
PS：无关 TCP 超时重传机制的详细情况，能够浏览《浅析 TCP 协定中的疑难杂症(下篇)》。
5、具体场景 2：拔掉网线后，有数据传输时
5.1 场景剖析
针对拔掉网线后，没有数据传输的场景，还得具体看看是否开启了 TCP KeepAlive 机制（详见《彻底搞懂 TCP 协定层的 KeepAlive 保活机制》）。
1）如果没有开启 TCP KeepAlive 机制：
在客户端拔掉网线后，并且单方都没有进行数据传输，那么客户端和服务端的 TCP 连贯将会始终放弃存在。
2）如果开启了 TCP KeepAlive 机制：
在客户端拔掉网线后，即便单方都没有进行数据传输，在继续一段时间后，TCP 就会发送 KeepAlive 探测报文。
依据 KeepAlive 探测报文响应状况，会有以下两种可能：
1）如果对端失常工作：当探测报文被对端收到并失常响应，TCP 保活工夫将被重置，期待下一个 TCP 保活工夫的到来；
2）如果对端主机解体或对端因为其余起因导致报文不可达：当探测报文发送给对端后，杳无音信、没有响应，间断几次，达到保活探测次数后，TCP 会报告该连贯曾经死亡。
所以：TCP 保活机制能够在单方没有数据交互的状况，通过 TCP KeepAlive 机制的探测报文，来确定对方的 TCP 连贯是否存活。
5.2 刨根问底：TCP KeepAlive 机制具体是什么样的？
TCP KeepAlive 机制的原理是这样的：
定义一个时间段，在这个时间段内，如果没有任何连贯相干的流动，TCP 保活机制会开始作用，每隔一个工夫距离，发送一个探测报文。该探测报文蕴含的数据非常少，如果间断几个探测报文都没有失去响应，则认为以后的 TCP 连贯曾经死亡，零碎内核将错误信息告诉给下层应用程序。
在 Linux 内核能够有对应的参数能够设置保活工夫、保活探测的次数、保活探测的工夫距离。
以下是 Linux 中的默认值：
net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75
net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9
解释一下：
1）tcp_keepalive_time=7200：示意保活工夫是 7200 秒（2 小时），也就 2 小时内如果没有任何连贯相干的流动，则会启动保活机制；
2）tcp_keepalive_intvl=75：示意每次检测距离 75 秒；
3）tcp_keepalive_probes=9：示意检测 9 次无响应，认为对方是不可达的，从而中断本次的连贯。
也就是说在 Linux 零碎中，起码须要通过 2 小时 11 分 15 秒才能够发现一个“死亡”连贯。
计算公式是：
留神：应用程序若想应用 TCP 保活机制须要通过 socket 接口设置 SO_KEEPALIVE 选项才可能失效，如果没有设置，那么就无奈应用 TCP 保活机制。
PS：对于 TCP 协定的 KeepAlive 机制详见《彻底搞懂 TCP 协定层的 KeepAlive 保活机制》、《一文读懂即时通讯利用中的网络心跳包机制：作用、原理、实现思路等》。
5.3 刨根问底：TCP KeepAlive 机制的探测工夫也太长了吧？
没错，的确有点长。
TCP KeepAlive 机制是 TCP 层（内核态）实现的，它是给所有基于 TCP 传输协定的程序一个兜底的计划。
实际上：咱们通常在应用层本人实现一套探测机制，能够在较短的工夫内，探测到对方是否存活。
比方：个别 Web 服务器都会提供 keepalive_timeout 参数，用来指定 HTTP 长连贯的超时工夫。如果设置了 HTTP 长连贯的超时工夫是 60 秒，Web 服务软件就会启动一个定时器，如果客户端在完后一个 HTTP 申请后，在 60 秒内都没有再发动新的申请，定时器的工夫一到，就会触发回调函数来开释该连贯。
再比方：IM、音讯推送零碎里的心跳机制，通过应用层的心跳机制（由客户端收回，服务端回复响应包），来灵便管制和探测长连贯的衰弱度。
《为何基于 TCP 协定的挪动端 IM 依然须要心跳保活机制？》这篇文章解释了 IM 这类利用中应用层心跳保活的必要性，有趣味能够读一读。
如果对应用层心跳的具体利用没什么概念，能够看看微信的这两篇文章：
《微信团队原创分享：Android 版微信后盾保活实战分享(网络保活篇)》
《挪动端 IM 实际：实现 Android 版微信的智能心跳机制》
上面有几个针对 im 这类利用的心跳实现代码，能够具体感触学习一下：
《正确理解 IM 长连贯的心跳及重连机制，并入手实现（有残缺 IM 源码）》
《一种 Android 端 IM 智能心跳算法的设计与实现探讨（含样例代码）》
《自已开发 IM 有那么难吗？手把手教你自撸一个 Andriod 版繁难 IM (有源码)》
《手把手教你用 Netty 实现网络通信程序的心跳机制、断线重连机制》
6、本文小结
上面简略总结一下文中的内容，本文结尾的问题并不是简略一句话可能精确说分明的，须要分状况看待。
也就是：客户端拔掉网线后，并不会间接影响 TCP 的连贯状态。所以拔掉网线后，TCP 连贯是否还会存在，要害要看拔掉网线之后，有没有进行数据传输。
1）有数据传输的状况：
在客户端拔掉网线后：如果服务端发送了数据报文，那么在服务端重传次数没有达到最大值之前，客户端恰好插回网线的话，那么单方本来的 TCP 连贯还是能存在并失常工作，就如同什么事件都没有产生。
在客户端拔掉网线后：如果服务端发送了数据报文，在客户端插回网线之前，服务端重传次数达到了最大值时，服务端就会断开 TCP 连贯。等到客户端插回网线后，向服务端发送了数据，因为服务端曾经断开了与客户端雷同四元组的 TCP 连贯，所以就会回 RST 报文，客户端收到后就会断开 TCP 连贯。至此，单方的 TCP 连贯都断开了。
2）没有数据传输的状况：
a. 如果单方都没有开启 TCP keepalive 机制，那么在客户端拔掉网线后，如果客户端始终不插回网线，那么客户端和服务端的 TCP 连贯状态将会始终放弃存在；
b. 如果单方都开启了 TCP keepalive 机制，那么在客户端拔掉网线后，如果客户端始终不插回网线，TCP keepalive 机制会探测到对方的 TCP 连贯没有存活，于是就会断开 TCP 连贯。而如果在 TCP 探测期间，客户端插回了网线，那么单方本来的 TCP 连贯还是能失常存在。
除了客户端拔掉网线的场景，还有客户端“宕机和杀死过程”的两种场景。
第一个场景：客户端宕机这件事跟拔掉网线是一样无奈被服务端的感知的，所以如果在没有数据传输，并且没有开启 TCP keepalive 机制时，，服务端的 TCP 连贯将会始终处于 ESTABLISHED 连贯状态，直到服务端重启过程。
所以：咱们能够得悉一个点——在没有应用 TCP 保活机制，且单方不传输数据的状况下，一方的 TCP 连接处在 ESTABLISHED 状态时，并不代表另一方的 TCP 连贯还肯定是失常的。
第二个场景：杀死客户端的过程后，客户端的内核就会向服务端发送 FIN 报文，与客户端进行四次挥手（见《跟着动画来学 TCP 三次握手和四次挥手》）。
所以：即便没有开启 TCP KeepAlive，且单方也没有数据交互的状况下，如果其中一方的过程产生了解体，这个过程操作系统是能够感知的到的，于是就会发送 FIN 报文给对方，而后与对方进行 TCP 四次挥手。
7、参考资料
[1] TCP/IP 详解 – 第 21 章·TCP 的超时与重传
[2] 通俗易懂 - 深刻了解 TCP 协定（上）：实践根底
[3] 网络编程懒人入门(三)：疾速了解 TCP 协定一篇就够
[4] 脑残式网络编程入门(一)：跟着动画来学 TCP 三次握手和四次挥手
[5] 脑残式网络编程入门(七)：面视必备，史上最艰深计算机网络分层详解
[6] 技术大牛陈硕的分享：由浅入深，网络编程学习教训干货总结
[7] 网络编程入门从未如此简略(二)：如果你来设计 TCP 协定，会怎么做？
[8] 鲜为人知的网络编程(十)：深刻操作系统，从内核了解网络包的接管过程(Linux 篇)
[9] 为何基于 TCP 协定的挪动端 IM 依然须要心跳保活机制？
[10] 一文读懂即时通讯利用中的网络心跳包机制：作用、原理、实现思路等
[11] Web 端即时通讯实际干货：如何让你的 WebSocket 断网重连更疾速？
（本文同步公布于：http://www.52im.net/thread-38…）
