TCP粘包和拆包_笔记


TCP 协议

TCP协议是一种流协议。

不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接,但是IP层不提供这样的流机制,而是提供不可靠的包交换。

  • 应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流,然后TCP把数据流分区成适当长度的报文段(通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元(MTU)的限制)。
  • 之后TCP把结果包传给IP层,由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。TCP为了保证不发生丢包,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。
  • 然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认(ACK);
  • 如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误;在发送和接收时都要计算校验和。

每台支持TCP的机器都有一个TCP传输实体。TCP实体可以是一个库过程、一个用户进程,或者内核的一部分。在所有这些情形下,它管理TCP流,以及与IP层之间的接口。TCP传输实体接受本地进程的用户数据流,将它们分割成不超过64KB(实际上去掉IP和TCP头,通常不超过1460数据字节)的分段,每个分段以单独的IP数据报形式发送。当包含TCP数据的数据报到达一台机器时,它们被递交给TCP传输实体,TCP传输实体重构出原始的字节流。

为简化起见,我们有时候仅仅用“TCP”来代表TCP传输实体(一段软件)或者TCP协议(一组规则)。根据上下文语义你应该能很消楚地推断出其实际含义。例如,在“用户将数据交给TCP”这句话中,很显然这里指的是TCP传输实体。

IP层并不保证数据报一定被正确地递交到接收方,也不指示数据报的发送速度有多快。正是TCP负责既要足够快地发送数据报,以便使用网络容量,但又不能引起网络拥塞:而且,TCP超时后,要重传没有递交的数据报。即使被正确递交的数据报,也可能存在错序的问题,这也是TCP的责任,它必须把接收到的数据报重新装配成正确的顺序。简而言之,TCP必须提供可靠性的良好性能,这正是大多数用户所期望的而IP又没有提供的功能。

TCP是一种面向广域网的通信协议,目的是在跨越多个网络通信时,为两个通信端点之间提供一条具有下列特点的通信方式:

  • 基于流的方式;
  • 面向连接;
  • 可靠通信方式;
  • 在网络状况不佳的时候尽量降低系统由于重传带来的带宽开销;
  • 通信连接维护是面向通信的两个端点的,而不考虑中间网段和节点。

为满足TCP协议的这些特点,TCP协议做了如下的规定:

  • 数据分片:在发送端对用户数据进行分片,在接收端进行重组,由TCP确定分片的大小并控制分片和重组;
  • 到达确认:接收端接收到分片数据时,根据分片数据序号向发送端发送一个确认;
  • 超时重发:发送方在发送分片时启动超时定时器,如果在定时器超时之后没有收到相应的确认,重发分片;
  • 滑动窗口:TCP连接每一方的接收缓冲空间大小都固定,接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据,TCP在滑动窗口的基础上提供流量控制,防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出;
  • 失序处理:作为IP数据报来传输的TCP分片到达时可能会失序,TCP将对收到的数据进行重新排序,将收到的数据以正确的顺序交给应用层;
  • 重复处理:作为IP数据报来传输的TCP分片会发生重复,TCP的接收端必须丢弃重复的数据;
  • 数据校验:TCP将保持它首部和数据的检验和,这是一个端到端的检验和,目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到分片的检验和有差错,TCP将丢弃这个分片,并不确认收到此报文段导致对端超时并重发。

TCP粘包/拆包

TCP底层并不了解上层的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。所以对于我们应用层而言。我们直观是发送一个个连续完整TCP数据包的,而在底层就可能会出现将一个完整的TCP拆分成多个包发送或者将多个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。这也是上面说得数据分片。

当发生TCP粘包/拆包会发生什么情况

我们举一个简单例子说明:
客户端向服务端发送两个数据包:第一个内容为 123;第二个内容为456。服务端接受一个数据并做相应的业务处理(这里就是打印接受数据加一个逗号)。

那么服务端输出结果将会出现下面四种情况

服务端响应 结论
1 2 3, 4 5 6, 正常接收
1 2 34 5 6, 异常接收,发生粘包
1 2 3, 4, 5 6, 异常接收,发生拆包
1 2, 3 4 5 6, 异常接收,发生粘包和拆包

主流的协议解决方案可以归纳如下:

  1. 消息定长,例如每个报文的大小固定为20个字节,如果不够,空位补空格;
  2. 在包尾增加回车换行符进行切割;
  3. 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的字段;
  4. 更复杂的应用层协议

例如:Netty 编码器解码器

内容来源

TCP (传输控制协议)
TCP为什么会粘包/拆包


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