关闭套接字上的 C# TcpClient WriteAsync 不会引发异常

Question

使用 TcpClient 通过网络推送数据。客户端只发送数据。在某些时候，服务器可能会关闭套接字。服务器关闭套接字后，第一个客户端发送无异常完成。客户端第二次发送抛出 IOException。我本以为第一个客户端发送会返回 IOException，因为远端的套接字已关闭。

是否可以解释为什么事情会这样？

我本以为第一次发送到关闭的套接字会抛出异常，因为它没有到达远端的套接字。

重现此行为的示例代码:

        const string _address = "127.0.0.1";
        const int _port = 5500;
        const int _payloadSize = 100;
        static async Task RunTestAsync()
        {
            IPAddress.TryParse(_address, out IPAddress ip);
            Task serverTask = Task.Run(async () =>
            {
                Console.WriteLine("Server listening");
                IPEndPoint ipLocal = new IPEndPoint(ip, _port);
                TcpListener listener = new TcpListener(ipLocal);
                listener.Start();
                using (TcpClient serverSocket = await listener.AcceptTcpClientAsync())
                {
                    Console.WriteLine("Server accepted connection");
                    byte[] serverbytes = new byte[_payloadSize];
                    using (NetworkStream serverStream = serverSocket.GetStream())
                    {
                        int bytesRead = await serverStream.ReadAsync(serverbytes, 0, serverbytes.Length);
                        Console.WriteLine("Server received {0} bytes", bytesRead);
                    }
                }
                Console.WriteLine("Socket closed from server (CLOSE_WAIT until client closes)");
                listener.Stop();
                Console.WriteLine("Listener stopped");

            });

            using (TcpClient clientSocket = new TcpClient())
            {
                await clientSocket.ConnectAsync(ip, _port);
                Console.WriteLine("Client connected");
                byte[] clientbytes = new byte[_payloadSize];
                using (NetworkStream clientStream = clientSocket.GetStream())
                {
                    await clientStream.WriteAsync(clientbytes, 0, clientbytes.Length);
                    Console.WriteLine("Client transmitted bytes");
                    await Task.Delay(2000);
                    Console.WriteLine("Client delay for server to close socket");
                    await clientStream.WriteAsync(clientbytes, 0, clientbytes.Length);
                    Console.WriteLine("Client transmitted bytes on closed socket (FIN_WAIT_2) with no error");
                    await clientStream.WriteAsync(clientbytes, 0, clientbytes.Length);
                    Console.WriteLine("Client never transmitted these bytes.  Got exception instead");
                }
            }
            await serverTask;
        }

我还窃听了正在运行的应用程序。
我本以为从第二个数据包返回的 RST,ACK 会在应用程序中产生异常，因为远端的套接字已关闭，所以数据包显然没有到达其接收者。

1   10:14:25.980424 127.0.0.1   127.0.0.1   TCP 66  50131 → 5500 [SYN] Seq=0 Win=65535 Len=0 MSS=65495 WS=256 SACK_PERM=1
2   10:14:25.980464 127.0.0.1   127.0.0.1   TCP 66  5500 → 50131 [SYN, ACK] Seq=0 Ack=1 Win=65535 Len=0 MSS=65495 WS=256 SACK_PERM=1
3   10:14:25.980537 127.0.0.1   127.0.0.1   TCP 54  50131 → 5500 [ACK] Seq=1 Ack=1 Win=2619648 Len=0
4   10:14:25.982960 127.0.0.1   127.0.0.1   VNC 154 
5   10:14:25.982976 127.0.0.1   127.0.0.1   TCP 54  5500 → 50131 [ACK] Seq=1 Ack=101 Win=2619648 Len=0
6   10:14:25.984495 127.0.0.1   127.0.0.1   TCP 54  5500 → 50131 [FIN, ACK] Seq=1 Ack=101 Win=2619648 Len=0
7   10:14:25.984511 127.0.0.1   127.0.0.1   TCP 54  50131 → 5500 [ACK] Seq=101 Ack=2 Win=2619648 Len=0
8   10:14:27.986372 127.0.0.1   127.0.0.1   VNC 154 
9   10:14:27.986583 127.0.0.1   127.0.0.1   TCP 54  5500 → 50131 [RST, ACK] Seq=2 Ack=201 Win=0 Len=0```

Answer 1

请注意，在您的 Wireshark 日志中，RST 直到 FIN 后两秒才到达。 FIN 表示远程端点关闭连接。 RST 表示响应是尝试写入连接的结果。直到连接关闭后第一次尝试写入连接时才会出现此响应。

参见例如this answer有关 TCP 的这种行为的讨论示例。

当您调用 WriteAsync() 时，只会发送字节。代表操作成功完成的是字节的传输。 TCP 不确认字节已收到。重要的是，在收到 RST 响应之前识别成功完成(实际上，通常甚至在发送之前，尽管这是时间问题，与本次讨论无关)。

发送操作为网络层提供了一个机会来接收断开连接的通知(即 RST)，但在发送操作成功完成后到达。因此，在任何后续发送操作中，API 现在都知道断开的连接并可以完成并出现错误，以便您的应用程序代码可以检测到问题。

换句话说，是的……您看到的行为是正常的。这就是为什么每个应用程序级协议(protocol)都必须包含优雅的闭包语义，两个端点都必须为任何套接字操作的失败做好准备，并且必须不假设是否实际接收到发送的数据。确定远程端点收到了什么的唯一方法是询问它并让它回复。

具体来说，请注意，虽然您可能不希望远程端点发送任何实际数据，但您仍然应该从套接字读取，以便您可以检测到正常关闭(即读取操作完成，长度为 0 字节)。

如果您在上面的代码示例中这样做，您会看到当远程端点关闭套接字时立即报告关闭。这样，您的客户端代码就能够更及时地收到关闭通知。它不会是错误条件的明确通知，因为端点当然可以以“发送”为由关闭套接字，同时仍在接收数据。但在您的场景中，如果您对应用程序协议(protocol)的实际设计方式有更多了解，它将提供重要信息。