一次http请求,谁会先断开TCP连接?什么情况下客户端先断,什么情况下服务端先断?

本文深入解析HTTP长连接机制,探讨其在HTTP1.0与HTTP1.1中的工作原理,包括如何确定请求与响应体长度,长连接的开启条件及优势,尤其是在高并发场景下减少TCP连接建立和关闭带来的性能损耗。

内容转载自https://blog.youkuaiyun.com/wangpengqi/article/details/17245349

当然,在nginx中,对于http1.0与http1.1也是支持长连接的。什么是长连接呢?我们知道,http请求是基于TCP协议之上的,那么,当客户端在发起请求前,需要先与服务端建立TCP连接,而每一次的TCP连接是需要三次握手来确定的,如果客户端与服务端之间网络差一点,这三次交互消费的时间会比较多,而且三次交互也会带来网络流量。当然,当连接断开后,也会有四次的交互,当然对用户体验来说就不重要了。而http请求是请求应答式的,如果我们能知道每个请求头与响应体的长度,那么我们是可以在一个连接上面执行多个请求的,这就是所谓的长连接,但前提条件是我们先得确定请求头与响应体的长度。对于请求来说,如果当前请求需要有body,如POST请求,那么nginx就需要客户端在请求头中指定content-length来表明body的大小,否则返回400错误。也就是说,请求体的长度是确定的,那么响应体的长度呢?先来看看http协议中关于响应body长度的确定:

  1. 对于http1.0协议来说,如果响应头中有content-length头,则以content-length的长度就可以知道body的长度了,客户端在接收body时,就可以依照这个长度来接收数据,接收完后,就表示这个请求完成了。而如果没有content-length头,则客户端会一直接收数据,直到服务端主动断开连接,才表示body接收完了。
  2. 而对于http1.1协议来说,如果响应头中的Transfer-encoding为chunked传输,则表示body是流式输出,body会被分成多个块,每块的开始会标识出当前块的长度,此时,body不需要通过长度来指定。如果是非chunked传输,而且有content-length,则按照content-length来接收数据。否则,如果是非chunked,并且没有content-length,则客户端接收数据,直到服务端主动断开连接。

从上面,我们可以看到,除了http1.0不带content-length以及http1.1非chunked不带content-length外,body的长度是可知的。此时,当服务端在输出完body之后,会可以考虑使用长连接。能否使用长连接,也是有条件限制的。如果客户端的请求头中的connection为close,则表示客户端需要关掉长连接,如果为keep-alive,则客户端需要打开长连接,如果客户端的请求中没有connection这个头,那么根据协议,如果是http1.0,则默认为close,如果是http1.1,则默认为keep-alive。如果结果为keepalive,那么,nginx在输出完响应体后,会设置当前连接的keepalive属性,然后等待客户端下一次请求。当然,nginx不可能一直等待下去,如果客户端一直不发数据过来,岂不是一直占用这个连接?所以当nginx设置了keepalive等待下一次的请求时,同时也会设置一个最大等待时间,这个时间是通过选项keepalive_timeout来配置的,如果配置为0,则表示关掉keepalive,此时,http版本无论是1.1还是1.0,客户端的connection不管是close还是keepalive,都会强制为close。

如果服务端最后的决定是keepalive打开,那么在响应的http头里面,也会包含有connection头域,其值是”Keep-Alive”,否则就是”Close”。如果connection值为close,那么在nginx响应完数据后,会主动关掉连接。所以,对于请求量比较大的nginx来说,关掉keepalive最后会产生比较多的time-wait状态的socket。一般来说,当客户端的一次访问,需要多次访问同一个server时,打开keepalive的优势非常大,比如图片服务器,通常一个网页会包含很多个图片。打开keepalive也会大量减少time-wait的数量。

<think>我们有两个问题需要回答: 1. TCP服务端断开非活跃客户端连接时是否需向客户端发送数据报? 2. 拒绝客户端链接请求时的处理式 根据TCP协议规范,当服务端主动断开连接时,需要发送FIN报文(属于TCP控制报文)给客户端,以完成正常的TCP四次挥手过程。因此,即使是非活跃连接服务端在主动断开时也必须发送FIN报文,这是协议要求的。 对于拒绝连接请求,通常发生在TCP三次握手阶段。服务端在收到客户端的SYN报文后,如果不接受连接,则会发送一个RST报文(复位报文)来拒绝连接。 下面详细说明: 问题1:TCP服务端断开非活跃客户端连接时是否需向客户端发送数据报? 答案是:需要发送FIN报文(属于TCP控制报文,不携带应用层数据,但属于TCP协议的数据报)。 问题2:拒绝客户端链接请求时的处理式? 当服务端拒绝连接请求时(例如,在accept之前发现已经有活跃连接),处理式如下: - 服务端在收到客户端的SYN后,会回复SYN+ACK(如果服务端监听套接字处于LISTEN状态,这是正常情况),然后等待客户端的ACK。但是,如果我们决定拒绝这个连接,那么我们可以在accept之后立即关闭这个新创建的套接字。此时,TCP协议栈会自动发送FIN报文给客户端,这样会正常断开连接(但这样会完成一个完整的连接建立然后再断开,即客户端连接成功然后立即断开,这不是最优的)。 - 另一种更高效的式是,在服务端监听套接字层面,当收到SYN报文后,如果服务端不想接受这个连接,可以设置监听套接字的属性(如backlog为0,但这样会影响所有连接),或者更直接的法是在accept之前我们不控制,而是在accept之后立即关闭,但是这样会消耗资源(创建了套接字然后关闭)。 - 实际上,在资源受限的MCU上,我们通常的做法是:尽快accept,然后如果发现已经有活跃连接,就直接关闭新accept的套接字。此时,这个新套接字会发送一个RST报文给客户端(因为刚建立就关闭,而不是正常数据传输后的关闭),这样客户端会收到一个连接错误(而不是正常连接后再断开)。但是,有些TCP协议栈在关闭一个刚建立的连接时可能会发送FIN(正常关闭)而不是RST。为了强制发送RST,我们可以设置SO_LINGER选项,将linger时间设为0,这样关闭时会发送RST。 然而,需要注意的是,在MCU上,我们通常使用轻量级的TCP/IP协议栈(如lwIP),其行为可能和标准协议栈略有不同。但基本思想是:拒绝连接应该发送RST报文,而不是让客户端正常连接后再断开。 因此,我们在实现时,为了确保拒绝连接时发送RST,可以这样做: 1. 在accept新连接后,如果已经有活跃连接,则设置新套接字的SO_LINGER选项,linger时间设为0,然后关闭套接字。 2. 或者,在协议栈层面,如果我们能够控制底层,可以在收到SYN后直接回复RST(但这种法在应用层通常难以实现,因为监听套接字的行为由内核控制)。 考虑到MCU上的资源限制和实现复杂度,常见的做法是第一种:accept后立即关闭,并设置SO_LINGER发送RST。这样客户端会立即知道连接被拒绝,而不会进入ESTABLISHED状态。 但是,需要注意的是,频繁的accept后立即关闭可能会消耗较多资源(每个连接都会创建一个套接字然后立即关闭)。在客户端频繁尝试连接情况下,这可能会成为问题。因此,我们也可以考虑限制连接请求的频率,或者在协议栈配置中调整backlog(但backlog主要影响的是未完成连接的队列,而不是已完成的连接队列)。 综上所述: 1. 断开非活跃连接:需要发送FIN数据报(TCP协议要求)。 2. 拒绝连接请求:在accept后关闭套接字,并设置SO_LINGER选项发送RST,让客户端知道连接被重置。 下面我们分别用代码片段说明: 断开非活跃连接(正常发送FIN): 在检测到非活跃(例如超时)后,调用close(socket)或者shutdown(socket, SHUT_RDWR)即可。协议栈会自动发送FIN。 拒绝连接请求(发送RST): ```c // 假设new_sock是accept返回的新套接字 struct linger so_linger; so_linger.l_onoff = 1; // 启用linger选项 so_linger.l_linger = 0; // 设置时间为0,表示发送RST而不是FIN setsockopt(new_sock, SOL_SOCKET, SO_LINGER, &so_linger, sizeof(so_linger)); close(new_sock); ``` 注意:不是所有的TCP/IP协议栈都支持SO_LINGER选项,但是在常见的系统中(包括lwIP)是支持的。 另外,引用[1][2][3]中关于心跳机制和连接状态的描述,我们可以知道,断开非活跃连接通常是由于心跳超时或空闲超时导致的,这种断开需要按照TCP协议正常关闭(发送FIN)。 同时,引用[3]提到“服务端判断是否断开客户端连接的主要法包括TCP Keepalive、应用层心跳、超时检测等”,当我们通过这些机制检测到客户端不活跃时,我们主动断开连接,这时发送FIN是必要的。 因此,总结如下: 1. 主动断开非活跃连接:需要发送FIN报文(TCP协议要求)。 2. 拒绝新的连接请求法1: 在accept后立即关闭套接字(不设置linger)可能会发送FIN(正常关闭),这样客户端会认为连接已经建立然后被关闭(可能会收到EOF,而不是连接错误)。 法2: 设置linger选项并关闭,发送RST,让客户端知道这是一个复位连接客户端通常会收到一个连接被重置的错误)。 在拒绝连接时,我们更希望发送RST,这样客户端能立即知道连接被拒绝,而不是等待一段时间后才发现。所以推荐设置SO_LINGER选项。 最后,生成相关问题。 </think>### TCP服务端连接管理机制解析 #### 一、断开非活跃客户端连接时的数据报处理 当TCP服务端需要断开非活跃客户端连接时,**必须向客户端发送特定的TCP控制数据报**,这是TCP协议规范要求的标准流程: 1. **FIN数据报发送流程** - 服务端调用`close()`或`shutdown()`函数后,TCP协议栈会自动发送FIN数据报 - 客户端收到FIN后返回ACK确认 - 客户端发送自己的FIN数据报 - 服务端返回最终ACK完成断开 $$ \text{断开流程: } SERVER_{FIN} \rightarrow CLIENT_{ACK} \rightarrow CLIENT_{FIN} \rightarrow SERVER_{ACK} $$ 2. **异常情况处理** - 若客户端已离线,服务端的FIN数据报会超时重传多次(通常5次) - 重传失败后连接强制进入`CLOSE_WAIT`状态 - 最终由内核回收连接资源 3. **必要性分析** ```mermaid graph LR A[服务端检测到非活跃连接] --> B[发送FIN数据报] B --> C{客户端响应?} C -->|ACK收到| D[正常关闭] C -->|无响应| E[重传FIN] E --> F{达到重传上限?} F -->|是| G[强制关闭连接] F -->|否| E ``` 完整的数据报交换过程确保了连接的可靠终止,避免出现半开连接和资源泄漏问题[^1][^3]。 #### 二、拒绝客户端连接请求的处理式 当服务端拒绝新连接时(如已达最大连接数),处理式根据连接建立阶段有所不同: 1. **TCP握手阶段的拒绝** | 握手阶段 | 服务端响应 | 客户端现象 | |---------------|----------------|------------------------| | SYN接收后 | 直接发送RST复位包 | Connection reset | | SYN-ACK发送后 | 发送RST复位包 | Connection refused | | 已完成握手 | 关闭新套接字 | 短暂连接断开 | 2. **代码实现示例** ```c // 拒绝连接的实现 int new_sock = accept(server_sock, ...); if(active_connection != -1) { // 设置RST标志而非FIN struct linger so_linger; so_linger.l_onoff = 1; so_linger.l_linger = 0; setsockopt(new_sock, SOL_SOCKET, SO_LINGER, &so_linger, sizeof(so_linger)); close(new_sock); // 触发发送RST printf("连接拒绝: 已达最大连接数\n"); } ``` 3. **关键差异对比** $$ \begin{array}{|c|c|c|} \hline \textbf{行为} & \textbf{数据报类型} & \textbf{资源消耗} \\ \hline 断开活跃连接 & FIN & 高 \\ \hline 拒绝新连接 & RST & 低 \\ \hline \end{array} $$ RST复位包不要求对确认,可立即释放资源,适用于连接拒绝场景[^2][^3]。 #### 三、综合建议 1. **非活跃连接处理** - 采用心跳机制检测非活跃连接 - 超时后发送FIN进行优雅关闭 - 设置合理的重传次数和超时时长 2. **连接拒绝优化** - 在`accept()`前检查连接数 - 使用SO_LINGER选项发送RST - 记录拒绝日志用于监控分析 3. **资源受限系统特殊考量** ```c // MCU优化案 #define MAX_RETRY 3 // 减少FIN重传次数 #define TCP_TIMEOUT 10 // 缩短超时时间(秒) struct timeval tv = {.tv_sec = TCP_TIMEOUT}; setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tv, sizeof(tv)); ```
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