大家好，我是小林。
今天，聊一個有趣的問題：拔掉網線幾秒，再插回去，原本的 TCP 連線還存在嗎？
可能有的同學會說，網線都被拔掉了，那說明物理層被斷開了，那在上層的傳輸層理應也會斷開，所以原本的 TCP 連線就不會存在的了。就好像， 我們撥打有線電話的時候，如果某一方的電話線被拔了，那麼本次通話就徹底斷了。
真的是這樣嗎？
上面這個邏輯就有問題。問題在於，錯誤的認為拔掉網線這個動作會影響傳輸層，事實上並不會影響。
實際上，TCP 連線在 Linux 核心中是一個名為 struct socket 的結構體，該結構體的內容包含 TCP 連線的狀態等資訊。當拔掉網線的時候，作業系統並不會變更該結構體的任何內容，所以 TCP 連線的狀態也不會發生改變。
我在我的電腦上做了個小實驗，我用 ssh 終端連線了我的雲伺服器，然後我通過斷開 wifi 的方式來模擬拔掉網線的場景，此時檢視 TCP 連線的狀態沒有發生變化，還是處於 ESTABLISHED 狀態。
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通過上面這個實驗結果，我們知道了，拔掉網線這個動作並不會影響 TCP 連線的狀態。
接下來，要看拔掉網線後，雙方做了什麼動作。
所以， 針對這個問題，要分場景來討論：
- 拔掉網線後，有資料傳輸；
- 拔掉網線後，沒有資料傳輸；
拔掉網線後，有資料傳輸
在客戶端拔掉網線後，服務端向客戶端傳送的資料包文會得不到任何的響應，在等待一定時長後，服務端就會觸發超時重傳機制，重傳未得到響應的資料包文。
如果在服務端重傳報文的過程中，客戶端剛好把網線插回去了，由於拔掉網線並不會改變客戶端的 TCP 連線狀態，並且還是處於 ESTABLISHED 狀態，所以這時客戶端是可以正常接收服務端發來的資料包文的，然後客戶端就會回 ACK 響應報文。
此時，客戶端和服務端的 TCP 連線依然存在的，就感覺什麼事情都沒有發生。
但是，如果如果在服務端重傳報文的過程中，客戶端一直沒有將網線插回去，服務端超時重傳報文的次數達到一定閾值後，核心就會判定出該 TCP 有問題，然後通過 Socket 介面告訴應用程式該 TCP 連線出問題了，於是服務端的 TCP 連線就會斷開。
而等客戶端插回網線後，如果客戶端向服務端傳送了資料，由於服務端已經沒有與客戶端相同四元祖的 TCP 連線了，因此服務端核心就會回覆 RST 報文，客戶端收到後就會釋放該 TCP 連線。
此時，客戶端和服務端的 TCP 連線都已經斷開了。
那 TCP 的資料包文具體重傳幾次呢？
在 Linux 系統中，提供了一個叫 tcp_retries2 配置項，預設值是 15，如下圖：
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這個核心引數是控制，在 TCP 連線建立的情況下，超時重傳的最大次數。
不過 tcp_retries2 設定了 15 次，並不代表 TCP 超時重傳了 15 次才會通知應用程式終止該 TCP 連線，核心還會基於「最大超時時間」來判定。
每一輪的超時時間都是倍數增長的，比如第一次觸發超時重傳是在 2s 後，第二次則是在 4s 後，第三次則是 8s 後，以此類推。
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核心會根據 tcp_retries2 設定的值，計算出一個最大超時時間。
在重傳報文且一直沒有收到對方響應的情況時，先達到「最大重傳次數」或者「最大超時時間」這兩個的其中一個條件後，就會停止重傳，然後就會斷開 TCP 連線。
拔掉網線後，沒有資料傳輸
針對拔掉網線後，沒有資料傳輸的場景，還得看是否開啟了 TCP keepalive 機制 （TCP 保活機制）。
如果沒有開啟 TCP keepalive 機制，在客戶端拔掉網線後，並且雙方都沒有進行資料傳輸，那麼客戶端和服務端的 TCP 連線將會一直保持存在。
而如果開啟了 TCP keepalive 機制，在客戶端拔掉網線後，即使雙方都沒有進行資料傳輸，在持續一段時間後，TCP 就會傳送探測報文：
- 如果對端是正常工作的。當 TCP 保活的探測報文傳送給對端, 對端會正常響應，這樣 TCP 保活時間會被重置，等待下一個 TCP 保活時間的到來。
- 如果對端主機崩潰，或對端由於其他原因導致報文不可達。當 TCP 保活的探測報文傳送給對端後，石沉大海，沒有響應，連續幾次，達到保活探測次數後，TCP 會報告該 TCP 連線已經死亡。
所以，TCP 保活機制可以在雙方沒有資料互動的情況，通過探測報文，來確定對方的 TCP 連線是否存活。
TCP keepalive 機制具體是怎麼樣的？
這個機制的原理是這樣的：
定義一個時間段，在這個時間段內，如果沒有任何連線相關的活動，TCP 保活機制會開始作用，每隔一個時間間隔，傳送一個探測報文，該探測報文包含的資料非常少，如果連續幾個探測報文都沒有得到響應，則認為當前的 TCP 連線已經死亡，系統核心將錯誤資訊通知給上層應用程式。
在 Linux 核心可以有對應的引數可以設定保活時間、保活探測的次數、保活探測的時間間隔，以下都為預設值：
net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75
net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9
- tcp_keepalive_time=7200：表示保活時間是 7200 秒（2小時），也就 2 小時內如果沒有任何連線相關的活動，則會啟動保活機制
- tcp_keepalive_intvl=75：表示每次檢測間隔 75 秒；
- tcp_keepalive_probes=9：表示檢測 9 次無響應，認為對方是不可達的，從而中斷本次的連線。
也就是說在 Linux 系統中，最少需要經過 2 小時 11 分 15 秒才可以發現一個「死亡」連線。
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注意，應用程式若想使用 TCP 保活機制需要通過 socket 介面設定 SO_KEEPALIVE 選項才能夠生效，如果沒有設定，那麼就無法使用 TCP 保活機制。
TCP keepalive 機制探測的時間也太長了吧？
對的，是有點長。
TCP keepalive 是 TCP 層（核心態） 實現的，它是給所有基於 TCP 傳輸協議的程式一個兜底的方案。
實際上，我們應用層可以自己實現一套探測機制，可以在較短的時間內，探測到對方是否存活。
比如，web 服務軟體一般都會提供 keepalive_timeout 引數，用來指定 HTTP 長連線的超時時間。如果設定了 HTTP 長連線的超時時間是 60 秒，web 服務軟體就會啟動一個定時器，如果客戶端在完後一個 HTTP 請求後，在 60 秒內都沒有再發起新的請求，定時器的時間一到，就會觸發回撥函式來釋放該連線。
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總結
客戶端拔掉網線後，並不會直接影響 TCP 連線狀態。所以，拔掉網線後，TCP 連線是否還會存在，關鍵要看拔掉網線之後，有沒有進行資料傳輸。
有資料傳輸的情況：
- 在客戶端拔掉網線後，如果服務端傳送了資料包文，那麼在服務端重傳次數沒有達到最大值之前，客戶端就插回了網線，那麼雙方原本的 TCP 連線還是能正常存在，就好像什麼事情都沒有發生。
- 在客戶端拔掉網線後，如果服務端傳送了資料包文，在客戶端插回網線之前，服務端重傳次數達到了最大值時，服務端就會斷開 TCP 連線。等到客戶端插回網線後，向服務端傳送了資料，因為服務端已經斷開了與客戶端相同四元組的 TCP 連線，所以就會回 RST 報文，客戶端收到後就會斷開 TCP 連線。至此， 雙方的 TCP 連線都斷開了。
沒有資料傳輸的情況：
- 如果雙方都沒有開啟 TCP keepalive 機制，那麼在客戶端拔掉網線後，如果客戶端一直不插回網線，那麼客戶端和服務端的 TCP 連線狀態將會一直保持存在。
- 如果雙方都開啟了 TCP keepalive 機制，那麼在客戶端拔掉網線後，如果客戶端一直不插回網線，TCP keepalive 機制會探測到對方的 TCP 連線沒有存活，於是就會斷開 TCP 連線。而如果在 TCP 探測期間，客戶端插回了網線，那麼雙方原本的 TCP 連線還是能正常存在。
除了客戶端拔掉網線的場景，還有客戶端「當機和殺死程式」的兩種場景。
第一個場景，客戶端當機這件事跟拔掉網線是一樣無法被服務端的感知的，所以如果在沒有資料傳輸，並且沒有開啟 TCP keepalive 機制時，，服務端的 TCP 連線將會一直處於 ESTABLISHED 連線狀態，直到服務端重啟程式。
所以，我們可以得知一個點。在沒有使用 TCP 保活機制，且雙方不傳輸資料的情況下，一方的 TCP 連線處在 ESTABLISHED 狀態時，並不代表另一方的 TCP 連線還一定是正常的。
第二個場景，殺死客戶端的程式後，客戶端的核心就會向服務端傳送 FIN 報文，與客戶端進行四次揮手。
所以，即使沒有開啟 TCP keepalive，且雙方也沒有資料互動的情況下，如果其中一方的程式發生了崩潰，這個過程作業系統是可以感知的到的，於是就會傳送 FIN 報文給對方，然後與對方進行 TCP 四次揮手。
完！