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TCP粘包和拆包
2020-01-18 23:36:23

TCP是个“流”协议,没有界限的一串数据。TCP底层并不了解上层业务数据的具体含义,它会根据TCP缓冲区的实际情况进行包的划分,所以在业务上认为,一个完整的包可能会被TCP拆分成多个包进行发送,也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送,这就是所谓的TCP粘包和拆包问题。

假设客户端分别发送了两个数据包D1和D2给服务端,由于服务端一次读取到的字节数是不确定的,故可能存在以下4种情况。

(1)服务端分两次读取到了两个独立的数据包,分别是D1和D2,没有粘包和拆包;

(2)服务端一次接收到了两个数据包,D1和D2粘合在一起,被称为TCP粘包;

(3)服务端分两次读取到了两个数据包,第一次读取到了完整的D1包和D2包的部分内容,第二次读取到了D2包的剩余内容,这被称为TCP拆包;

(4)服务端分两次读取到了两个数据包,第一次读取到了D1包的部分内容D1_1,第二次读取到了D1包的剩余内容D1_2和D2包的整包,也被称为TCP拆包。

如果此时服务端TCP接收滑窗非常小,而数据包D1和D2比较大,很有可能会发生第五种可能,即服务端分多次才能将D1和D2包接收完全,期间发生多次拆包。

1.1 粘包和拆包原因

(1)要发送的数据小于TCP发送缓冲区的大小,TCP将多次写入缓冲区的数据一次发送出去,将会发生粘包;

(2)接收数据端的应用层没有及时读取接收缓冲区中的数据,将发生粘包;

(3)要发送的数据大于TCP发送缓冲区剩余空间大小,将会发生拆包;

(4)待发送数据大于MSS(最大报文长度),TCP在传输前将进行拆包。即TCP报文长度-TCP头部长度>MSS。

1.2 粘包和拆包解决策略

由于底层的TCP无法理解上层的业务数据,所以在底层是无法保证数据包不被拆分和重组的,这个问题只能通过上层的应用协议栈设计来解决,根据业界的主流协议的解决方案,归纳如下:

  • 消息定长。发送端将每个数据包封装为固定长度(不够的可以通过补0填充),这样接收端每次接收缓冲区中读取固定长度的数据就自然而然的把每个数据包拆分开来。

  • 设置消息边界。服务端从网络流中按消息边界分离出消息内容。在包尾增加回车换行符进行分割,例如FTP协议。

  • 将消息分为消息头和消息体,消息头中包含表示消息总长度(或者消息体长度)的字段。

  • 更复杂的应用层协议。

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