通过tcpdump+wireshark来抓包分析TCP长连接和短连接的区别

原创

李子树_ 2021-11-13 15:59:42 博主文章分类：编程 ©著作权

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最近开发中遇到以下：需要客户端建立一个链接，然后服务器端持有这个链接，当有时间变换（如任务的状态改变），需要后端将事件推送给任务对应的责任人。因为博主之前也研究过WebSocket，开发了个简单的聊天室，但是这次这次应用到实际，我就在想TCP的这个长连接在不发生异常的情况下可以维持多久？在思考这个问题时，我就在想Http建立的TCP短连接，是什么时候断开连接的？基于这个问题，我就写了个简单的测试用例，通过tcpdump来抓包，对长连接和短连接进行对比分析。

下面我们来简单的介绍下长连接和短连接的概念。

首先是TCP，三次握手建立连接，四次挥手释放连接，示意图如下：

通过tcpdump+wireshark来抓包分析TCP长连接和短连接的区别_长连接

短连接就如上图所示，数据传输完成后，一般由客户端发起释放连接的信号，也可以看到，短连接是进行一次请求，请求结束后断开连接，那就回到上面令博主疑惑的问题了，建立连接我们都知道，Http请求到达服务器，就会立刻建立TCP连接，那是什么时候断开的呢？是服务器return了结果后立刻结束么，还是别的情况，别急，后面我们会来给大家讲解。

长连接，和短连接最简单最直接的区别就是，他是为了服务器和客户端间的一个频繁的交互，之前的浏览器端定时的ajax轮询会消耗大量的资源，现在已经很少有人使用了；另一个，长连接比短连接更大的一个优势就是，服务器端可以维护和客户端建立的这个TCP通信的channel，这样就可以让服务器主动的给客户端发送数据，也等同于实现了全双工通信，这个也是相比ajax轮询更大的一个优势，可以实现事件的实时通知。

基于上面所讲的，我们来分析下长连接和短连接的优缺点：

长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。对于频繁请求资源的客户来说，较适用长连接；
长连接如果不主动关闭，这个连接会长久的存在，并且如果长连接滥用，或者不加任何限制，会导致连接数过多，会对服务器的产生较大的压力，因此长连接在使用时要慎用，做好评估和限制；
短连接对于服务器来说管理较为简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。但如果客户请求频繁，将在TCP的建立和关闭操作上浪费时间和带宽。

下面，我们就开始使用tcpdump来进行抓包来分析上面让我们疑惑的两个问题，首先，我们启动服务端，长连接就是我们使用的WebSocket，短连接就是一个简单的无业务逻辑的一个接口，

在电脑上启动tcpdump，命令如下，其中-w指定抓到的包的输入路径，如果没有-w的话，会将包输出到shell窗口：

sudo tcpdump -i lo0 -w /tmp/tcpdump/1.pcap port 8080

tcpdump命令的详解大家可以参考这篇博客：https://www.jianshu.com/p/b281964a8459

本文为了更好的分析，将日志输出到文件，并使用wireshark软件进行分析，数据包如下：
通过tcpdump+wireshark来抓包分析TCP长连接和短连接的区别_短连接_02
从中我们可以看到，红框中的为TCP连接建立的过程，红色箭头是创建WebSocket的请求，后面我们可以看到，数据反而发送就是TCP和WebSocket协议了，后面客户端和服务端之间的数据发送就无须建立TCP连接了，这和我们预料的是一致。

但是困扰我们的一个问题：长连接在不发生异常的情况下可以维持多久？经过博主的测试，4个小时是没有任何问题的，具体多久就没有继续测试啦。。。而且，这个连接的保持应该有客户端来进行，可以定时的检查连接的状态，如果链接断开，可以重新建立连接，这样可以保证连接的畅通，事件可以及时的有服务端推送到客户端。

下面我们来分析短连接，大家也也在思考一下困扰我们的问题：TCP短连接是什么时候断开的？结果可能和你预期的不太一样，下面我们一起来看下：

接口代码如下：

@GetMapping("/create")
public String onCreate(){
    log.info("---------1111");
    return "OK";
}

下面就是直接在浏览器上输入url，按下回车键，并请求五次，每次的时间间隔为3s左右，wireshark分析得到的数据包如下：

通过tcpdump+wireshark来抓包分析TCP长连接和短连接的区别_长连接_03
由上图我们可以看到，第一次调用接口时，创建了TCP连接，但是之后的每隔三秒的再次调用，是没有重新创建TCP连接的，而是使用了之前已经创建好的连接，最后，在经过一段时间后，TCP断开连接，因为wireshark中没有时间，我们截取原始的数据包来展示TCP断开连接的时间，
通过tcpdump+wireshark来抓包分析TCP长连接和短连接的区别_短连接_04
上图是一次Http请求的所有报文，也是一次TCP连接的建立和断开，从中我们可以看到，连接的建立和数据的发送很快就结束了，但是连接的断开时在数据发送结束差不多45s开始的，由客户端发送，ack 116，服务器端真正断开连接是在约一分钟后。

是不是和你预料的结果不太一致呢？但是为什么会导致这个结果呢，大家看下面这张截图：
通过tcpdump+wireshark来抓包分析TCP长连接和短连接的区别_TCP连接_05
之前，在http/1.0中，一个服务器发送完http响应后，会断开TCP连接。但是这样每次请求都会重新建立和断开TCP连接，开销太大。所以虽然标准中没有设定，某些服务器对Connection：keep-alive的Header进行了支持。意思是说，完成这个HTTP请求后，不要断开HTTP请求使用的TCP连接。这样的好处是连接可以被重复使用，之后发送HTTP请求的时候就不用再重新建立TCP连接了。这也符合我们刚才截图中的结果，这样，如果我们频繁的请求，Http短连接也是可以满足需求的，可见在我们开发中，有很多问题都有人为我们考虑到了。