TCP粘包分析与处理

TCP粘包现象

TCP粘包通俗来讲，就是发送方发送的多个数据包，到接收方后粘连在一起，导致数据包不能完整的体现发送的数据。

TCP粘包原因分析

导致TCP粘包的原因，可能是发送方的原因，也有可能是接受方的原因。

发送方

由于TCP需要尽可能高效和可靠，所以TCP协议默认采用Nagle算法，以合并相连的小数据包，再一次性发送，以达到提升网络传输效率的目的。但是接收方并不知晓发送方合并数据包，而且数据包的合并在TCP协议中是没有分界线的，所以这就会导致接收方不能还原其本来的数据包。

接收方

TCP是基于“流”的。网络传输数据的速度可能会快过接收方处理数据的速度，这时候就会导致，接收方在读取缓冲区时，缓冲区存在多个数据包。在TCP协议中接收方是一次读取缓冲区中的所有内容，所以不能反映原本的数据信息。

解决TCP粘包

分析了产生TCP粘包的原因之后，针对发生的原因，针对性的采取解决方法。

禁用Negle算法

因为TCP协议采用Negle算法，导致粘包。所以可以禁用Nagle算法。

const char chOpt = 1;
int nErr = setsockopt(m_socket, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, &chOpt, sizeof(char));   
if(nErr == -1)
{
    TRACE( "setsockopt() error\n",  WSAGetLastError());
    return ;
}

这种方法虽然能一定程度上解决TCP粘包，但是并不能完全解决问题。因为接收方也是可能造成粘包的原因，这种方法只是发送方有效。而且禁用Nagle算法，一定程度上使TCP传输效率降低了。所以，这并不是一种理想的方法。

PUSH标志

PUSH是TCP报头中的一个标志位，发送方在发送数据的时候可以设置这个标志位。该标志通知接收方将接收到的数据全部提交给接收进程。这里所说的数据包括与此PUSH包一起传输的数据以及之前就为该进程传输过来的数据。
当Server端收到这些数据后，它需要立刻将这些数据提交给应用层进程，而不再等待是否还有额外的数据到达。
设置PUSH标志也不能完全解决TCP粘包，只是降低了接收方粘包的可能性。实际上现在的TCP协议栈基本上都可以自行处理这个问题，而不是交给应用层处理。所以设置PUSH标志，也不是一种理想的方法。

自定协议

自定协议，将数据包分为了封包和解包两个过程。在发送方发送数据时，对发送的数据进行封包操作。在接收方接收到数据时对接收的数据包需要进行解包操作。
自定协议时，封包就是为发送的数据增加包头，包头包含数据的大小的信息，数据就跟随在包头之后。当然包头也可以有其他的信息，比如一些做校验的信息。这里主要讨论TCP粘包的问题，所以不考虑其他的。

发送方封包

PACKAGE_HEAD pPackageHead; //PACKAGE_HEAD 包头结构体
char PackageHead[1024];
int headLen = sizeof(PACKAGE_HEAD);
int packgeContextLen = strlen(packageContext); //packageContext 发送的数据
pPackageHead->nDataLen = packgeContextLen; //包的大小

char *packge = (char*)malloc(headLen + packgeContextLen); //包的内存分配
memset(packge, 0, headLen + packgeContextLen);
char *packgeCpy = (char*)memcpy(packge, (char*)&pPackageHead, headLen);//拷贝包头
packgeCpy += headLen;
packge = (char*)memcpy(packgeCpy, (char*)&packageContext, packgeContextLen);//拷贝包内容

int ret = 0;
ret = send(m_hSocket, packge, headLen + packgeContextLen, 0); //发送包
if (ret == SOCKET_ERROR || ret == 0)
{
    return ret;
}

接收方解包

char PackageHead[1024];
char PackageContext[1024*20];

int len;
PACKAGE_HEAD *pPackageHead; //PACKAGE_HEAD 包头结构体
while( m_bClose == false )
{
    memset(PackageHead, 0, sizeof(PACKAGE_HEAD));
    len = ReceiveSize(m_TcpSock, (char*)PackageHead, sizeof(PACKAGE_HEAD)); //接收包头
    if( len == SOCKET_ERROR )
    {
        break;
    }
    if(len == 0)
    {
        break;
    }
    pPackageHead = (PACKAGE_HEAD *)PackageHead;
    memset(PackageContext,0,sizeof(PackageContext));
    if(pPackageHead->nDataLen>0) //根据包头中的数据长度，接收数据
    {
        len = ReceiveSize(m_TcpSock, (char*)PackageContext,pPackageHead->nDataLen);
    }
}

接收指定长度的数据函数

//接收指定长度的数据
int ReceiveSize(SOCKET m_hSocket, char* strData, int gLen)
{
    if(strData == NULL)
        return ERR_BADPARAM;
    char *p = strData;
    int len = gLen;
    int ret = 0;
    int returnlen = 0;
    while( len > 0)
    {
        ret = recv( m_hSocket, p+(iLen-len), iLen-returnlen, 0);
        if (ret == SOCKET_ERROR || ret == 0)
        {
            return ret;
        }

        len -= ret;
        returnlen += ret;
    }

    return returnlen;
}

这样就可以达到解决TCP粘包的问题。在实际使用中包头还带有更多的信息，而且包尾可能还会带上分隔符，在redis、FTP中就是这样处理的。

UDP不存在粘包

由于UDP不是面向‘流’的，而且UDP是具有消息边界的。也就是说UDP的发送的每一个数据包都是独立的。所以UDP并不存在粘包的问题。