如何使用winsock2应用Linger选项

Question

我想在关闭 TCP 套接字时避免 TIME_WAIT 状态（我知道绕过 TIME_WAIT 的pros and cons）。

我正在使用 Windows 和 WinSock2/.Net 套接字，并且很难让 SO_LINGER 套接字选项按照 documentation 中的说明工作。

为简洁起见，我删除了大部分错误检查的测试代码是：

#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iostream>

int main()
{
  std::cout << "starting..." << std::endl;

  WSADATA w = { 0 };
  int error = WSAStartup(0x0202, &w);
  if (error || w.wVersion != 0x0202) {
    std::cerr << "Could not initialise Winsock2." << std::endl;
    return -1;
  }

  auto clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

  // Set socket options
  linger lingerOpt = { 1, 0 };
  setsockopt(clientSocket, SOL_SOCKET, SO_LINGER, (char*)&lingerOpt, sizeof(lingerOpt));

  linger checkLingerOpt{ 0 };
  int optLen = sizeof(checkLingerOpt);
  int getOptResult = getsockopt(clientSocket, SOL_SOCKET, SO_LINGER, (char*)&checkLingerOpt, &optLen);
  if (getOptResult < 0) {
    wprintf(L"Failed to get SO_LINGER socket option on client socket, error: %ld\n", WSAGetLastError());
  }
  else {
    std::cout << "Linger option set to onoff " << checkLingerOpt.l_onoff << ", linger seconds " << checkLingerOpt.l_linger << "." << std::endl;
  }

  // Bind local client socket.
  sockaddr_in clientBindAddr;
  clientBindAddr.sin_family = AF_INET;
  clientBindAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_LOOPBACK);
  clientBindAddr.sin_port = htons(15064);
  bind(clientSocket, (SOCKADDR*)&clientBindAddr, sizeof (clientBindAddr));

  sockaddr_in serverSockAddr;
  serverSockAddr.sin_family = AF_INET;
  serverSockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_LOOPBACK);
  serverSockAddr.sin_port = htons(5060);

  // Connect to server.
  connect(clientSocket, (SOCKADDR*)&serverSockAddr, sizeof (serverSockAddr));

  std::cout << "connected." << std::endl;

  Sleep(1000);

  //shutdown(clientSocket, SD_BOTH);
  closesocket(clientSocket);

  std::cout << "finished." << std::endl;
}

结果：

starting...
Linger option set to onoff 1, linger seconds 0.
connected.
finished.

上面的示例确实避免了 TIME_WAIT 状态，但这样做是因为客户端套接字发送了一个 RST 数据包。

如果Linger 选项更改为：

linger lingerOpt = { 1, 5 };

结果

starting...
Linger option set to onoff 1, linger seconds 5.
connected.
finished.

然后关闭套接字确实会导致 TIME_WAIT 但为 30 秒，这与未设置 SO_LINGER 选项的结果相同。

另一个观察结果是，如果使用shutdown(clientSocket, SD_BOTH); 关闭套接字（这是干净关闭的推荐方法），那么{1,0} 的Linger 选项将没有任何影响。

总结：

• 将 Linger 选项设置为 {1,0} 并使用 closesocket => RST 关闭。
• 将 Linger 选项设置为 {1,5} 并使用 closesocket 关闭 => FIN-ACK 和 TIME_WAIT 为 30 秒。
• 将 Linger 选项设置为 {1,0} 并关闭并关闭，closesocket => FIN-ACK 和 TIME_WAIT 为 30 秒。
• 将 Linger 选项设置为 {1,5} 并关闭并关闭，closesocket => FIN-ACK 和 TIME_WAIT 为 30 秒。

我想要的是：

将 Linger 选项设置为 {1,0} & close with shutdown, closesocket => FIN-ACK & TIME_WAIT of 0s。

更新：正如Remy Lebeau 在closesocket 引用中指出的那样，{nonzero,0} 的 Linger 选项被硬编码以生成 RST。

几秒钟的短暂 TIME_WAIT 也一样好，即 {1,1} 的逗留选项导致 closesocket 以 1 秒的 TIME_WAIT 周期优雅退出，根据 closesocket 文档应该是可能。

更新 2： 正如Remy Lebeau 再次指出的那样，Linger 选项和 TIME_WAIT 周期没有关联。如果您正在阅读本文，您可能犯了与我相同的错误，并试图通过 setsockopt 和 SO_LINGER 缩短 TIME_WAIT 周期。

根据所有无法做到的情况，以及在仔细考虑判断 TIME_WAIT 需要避免的情况（例如在我的情况下，应用层协议可以处理杂散或孤立的 TCP 数据包），理想的选择是将 Linger 设置为 {1,0} 以强制关闭RST 套接字，这将允许立即重新尝试连接，而操作系统不会阻止尝试。

Answer 1

当您的应用程序首先关闭 TCP 连接时，您无法真正避免 TIME_WAIT（当对等方首先关闭连接时，TIME_WAIT 不会发生）。除了执行异常的套接字关闭（即发送RST 数据包）之外，再多的SO_LINGER 设置都不会改变这一事实。它只是 TCP 工作原理的一部分（查看TCP state diagram）。 SO_LINGER 只是控制closesocket() 在实际关闭活动连接之前等待的时间。

防止socket进入TIME_WAIT状态的唯一方法是将l_linger的持续时间设置为0，并且完全不要调用shutdown(SD_SEND)或shutdown(SD_BOTH)（调用shutdown(SD_RECEIVE)就可以了） .这是documented behavior：

closesocket 调用只会阻塞，直到所有数据都已交付给对等方或超时到期。如果连接因为超时而被重置，那么套接字将不会进入 TIME_WAIT 状态。如果在超时时间内所有数据都发送完毕，则socket可以进入TIME_WAIT状态。

如果 linger 结构的 l_onoff 成员非零且 l_linger 成员是阻塞套接字上的零超时间隔，则调用 closesocket 将重置连接。套接字不会进入 TIME_WAIT 状态。

您的代码的真正问题（除了缺少错误处理）是您的客户端在connect()'将其发送到服务器之前bind()'ing 客户端套接字。通常，您根本不应该 bind() 客户端套接字，您应该让操作系统为您选择合适的绑定。但是，如果您必须 bind() 客户端套接字，则可能需要在该套接字上启用 SO_REUSEADDR 选项以避免在与同一本地 IP/端口的先前连接仍处于 TIME_WAIT 状态时被阻塞，并且您正在尝试在之前的closesocket() 之后的短时间内connect()。

有关详细信息，请参阅How to avoid TIME_WAIT state after closesocket() ?。此外，您的问题中的the document you linked to 还解释了避免TIME_WAIT 的方法，而不是诉诸SO_LINGER。