在C#中利用Keep-Alive处理Socket网络异常断开的方法 Windows Socket 最大连接数

服务端和客户端采用TCP协议连接。服务端采用C#开发，客户端采用Delphi开发。在服务端开发中我碰到了各种各样的网络异常断开现象。在处理这些异常的时候有了一些心得，现在写出来和大家分享一下。

那网络异常断开原因主要有那些呢？归纳起来主要有以下两种：

1、客户端程序异常。

　　对于这种情况，我们很好处理，因为客户端程序异常退出会在服务端引发ConnectionReset的Socket异常（就是WinSock2中的10054异常）。只要在服务端处理这个异常就可以了。

2、网络链路异常。

　　如：网线拔出、交换机掉电、客户端机器掉电。当出现这些情况的时候服务端不会出现任何异常。这样的话上面的代码就不能处理这种情况了。对于这种情况在MSDN里面是这样处理的，我在这里贴出MSDN的原文：

如果您需要确定连接的当前状态，请进行非阻止、零字节的 Send 调用。如果该调用成功返回或引发 WAEWOULDBLOCK 错误代码 (10035)，则该套接字仍然处于连接状态；否则，该套接字不再处于连接状态。

　　但是我在实际应用中发现，MSDN说的这种处理方法在很多时候根本无效，无法检测出网络已经异常断开了。那我们该怎么办呢？

　　我们知道，TCP有一个连接检测机制，就是如果在指定的时间内（一般为2个小时）没有数据传送，会给对端发送一个Keep-Alive数据报，使用的序列号是曾经发出的最后一个报文的最后一个字节的序列号，对端如果收到这个数据，回送一个TCP的ACK，确认这个字节已经收到，这样就知道此连接没有被断开。如果一段时间没有收到对方的响应，会进行重试，重试几次后，向对端发一个reset，然后将连接断掉。

　　在Windows中，第一次探测是在最后一次数据发送的两个小时，然后每隔1秒探测一次，一共探测5次，如果5次都没有收到回应的话，就会断开这个连接。但两个小时对于我们的项目来说显然太长了。我们必须缩短这个时间。那么我们该如何做呢？我要利用Socket类的IOControl()函数。我们来看看这个函数能干些什么：

使用 IOControlCode 枚举指定控制代码，为 Socket 设置低级操作模式。 
命名空间:System.Net.Sockets 
程序集:System（在 system.dll 中） 
语法 
C# 
public int IOControl ( 
IOControlCode ioControlCode, 
byte[] optionInValue, 
byte[] optionOutValue 
) 
参数 
ioControlCode 
一个 IOControlCode 值，它指定要执行的操作的控制代码。 
optionInValue 
Byte 类型的数组，包含操作要求的输入数据。 
optionOutValue 
Byte 类型的数组，包含由操作返回的输出数据。 
返回值 
optionOutValue 参数中的字节数。

如：

socket.IOControl(IOControlCode.KeepAliveValues, inOptionValues,  null );

我们要搞清楚的就是inOptionValues的定义，在C++里它是一个结构体。我们来看看这个结构体：

struct  tcp_keepalive 
{ 
    u_long  onoff; //是否启用Keep-Alive
    u_long  keepalivetime; //多长时间后开始第一次探测（单位：毫秒）
    u_long  keepaliveinterval; //探测时间间隔（单位：毫秒）
} ; 

在C#中，我们直接用一个Byte数组传递给函数：

uint  dummy  =   0 ;
byte [] inOptionValues  =   new   byte [Marshal.SizeOf(dummy)  *   3 ];
BitConverter.GetBytes(( uint ) 1 ).CopyTo(inOptionValues,  0 );//是否启用Keep-Alive
BitConverter.GetBytes(( uint ) 5000 ).CopyTo(inOptionValues, Marshal.SizeOf(dummy));//多长时间开始第一次探测
BitConverter.GetBytes(( uint ) 5000 ).CopyTo(inOptionValues, Marshal.SizeOf(dummy)  *   2 );//探测时间间隔

具体实现代码：

         public   static   void  AcceptThread()
         {
            Thread.CurrentThread.IsBackground = true;
            while (true)
            {
                uint dummy = 0;
                byte[] inOptionValues = new byte[Marshal.SizeOf(dummy) * 3];
                BitConverter.GetBytes((uint)1).CopyTo(inOptionValues, 0);
                BitConverter.GetBytes((uint)5000).CopyTo(inOptionValues, Marshal.SizeOf(dummy));
                BitConverter.GetBytes((uint)5000).CopyTo(inOptionValues, Marshal.SizeOf(dummy) * 2);
                try
                {
                    Accept(inOptionValues);
                }
                catch { }
            }
        }

         private   static   void  Accept( byte [] inOptionValues)
         {
            Socket socket = Public.s_socketHandler.Accept();
            socket.IOControl(IOControlCode.KeepAliveValues, inOptionValues, null);
            UserInfo info = new UserInfo();
            info.socket = socket;
            int id = GetUserId();
            info.Index = id;
            Public.s_userList.Add(id, info);
            socket.BeginReceive(info.Buffer, 0, info.Buffer.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(ReceiveCallBack), info);
        }

好了，这样就成功了。

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Socket 编程时，单机最多可以建立多少个 TCP 连接，受到操作系统的影响。
Windows 下单机的TCP连接数受多个参数影响：
最大TCP连接数
[HKEY_LOCAL_MACHINE \System \CurrentControlSet \Services \Tcpip \Parameters] TcpNumConnections = 0x00fffffe (Default = 16,777,214)
以上注册表信息配置单机的最大允许的TCP连接数，默认为 16M。这个数值看似很大，这个并不是限制最大连接数的唯一条件，还有其他条件会限制到TCP 连接的最大连接数。
最大动态端口数
TCP客户端和服务器连接时，客户端必须分配一个动态端口，默认情况下这个动态端口的分配范围为 1024-5000 ，也就是说默认情况下，客户端最多可以同时发起3977 个Socket 连接。我们可以修改如下注册表来调整这个动态端口的范围
[HKEY_LOCAL_MACHINE \System \CurrentControlSet \Services \Tcpip \Parameters] MaxUserPort = 5000 (Default = 5000, Max = 65534)
最大TCB 数量
系统为每个TCP 连接分配一个TCP 控制块(TCP control block or TCB)，这个控制块用于缓存TCP连接的一些参数，每个TCB需要分配 0.5 KB的pagepool 和 0.5KB 的Non-pagepool，也就说，每个TCP连接会占用 1KB 的系统内存。
系统的最大TCB数量由如下注册表设置决定
[HKEY_LOCAL_MACHINE \System \CurrentControlSet \Services \Tcpip \Parameters] MaxFreeTcbs = 2000 (Default = RAM dependent, but usual Pro = 1000, Srv=2000)
非Server版本，MaxFreeTcbs 的默认值为1000 （64M 以上物理内存）
Server 版本，这个的默认值为 2000。
也就是说，默认情况下，Server 版本最多同时可以建立并保持2000个TCP 连接。
最大TCB Hash table 数量
TCB 是通过Hash table 来管理的，下面注册表设置决定了这个Hash table 的大小
HKEY_LOCAL_MACHINE \System \CurrentControlSet \services \Tcpip \Parameters] MaxHashTableSize = 512 (Default = 512, Range = 64-65536)
这个值指明分配 pagepool 内存的数量，也就是说，如果MaxFreeTcbs = 1000 , 则 pagepool 的内存数量为 500KB
那么 MaxHashTableSize 应大于 500 才行。这个数量越大，则Hash table 的冗余度就越高，每次分配和查找 TCP 连接用时就越少。这个值必须是2的幂，且最大为65536.
参考：
IBM WebSphere Voice Server 在windows server 2003 下的典型配置
MaxUserPort = 65534 (Decimal)
MaxHashTableSize = 65536 (Decimal)
MaxFreeTcbs = 16000 (Decimal)
这里 MaxHashTableSize 被配置为比MaxFreeTcbs 大4倍，这样可以大大增加TCP建立的速度。