TCP的粘包问题以及数据的无边界性

摘要: 假设我们希望客户端每次发送一位学生的学号，让服务器端返回该学生的姓名、住址、成绩等信息，这时候可能就会出现问题，服务器端不能区分学生的学号。例如第一次发送 1，第二次发送 3，服务器可能当成 13 来处理，返回的信息显然是错误的。

这就是数据的“粘包”问题，客户端发送的多个数据包被当做一个数据包接收。也称数据的无边界性，read()/recv() 函数不知道数据包的开始或结束标志（实际上也没有任何开始或结束标志），只把它们当做连续的数据流来处理。

下面的代码演示了粘包问题，客户端连续三次向服务器端发送数据，服务器端却一次性接收到所有数据。

服务端：

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll

#define BUF_SIZE 100

int main(int argc, char *argv[]){
//初始化 DLL
WSADATA wsaData;
WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

//创建套接字
SOCKET servSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if(servSock == INVALID_SOCKET)
{
printf("Failed socket().\n");
WSACleanup();
return 0;
}

//绑定套接字
struct sockaddr_in sockAddr;
memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每个字节都用0填充
sockAddr.sin_family = PF_INET;  //使用IPv4地址
sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址
sockAddr.sin_port = htons(1234);  //端口
if(bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR)) == SOCKET_ERROR)
{
printf("Failed bind().\n");
WSACleanup();
return 0;
}

//进入监听状态
listen(servSock, 20);

//循环接收客户端请求
int nSize = sizeof(SOCKADDR);
char buffer[BUF_SIZE];//缓冲区
SOCKADDR clntAddr;
SOCKET clntSock;

for(;;)
{
clntSock = accept(servSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &nSize);
Sleep(10000);//注意这里，让程序暂停10秒

int strLen = recv(clntSock, buffer, BUF_SIZE, 0);//接收客户端发来的数据

if(clntSock == INVALID_SOCKET)
{
printf("Failed accept().\n");
continue;
}
//将客户端发送数据原样返回
send(clntSock, buffer, strLen, 0);

memset(buffer, 0, BUF_SIZE);//设置缓冲区

//关闭套接字
closesocket(clntSock);
}

//关闭套接字
closesocket(servSock);

//终止 DLL 的使用
WSACleanup();

return 0;
}

客户端：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

#define BUF_SIZE 100

int main(int argc, char *agrv[])
{
//初始化DLL
WSADATA wsaData;
WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);

for(;;)
{

//创建套接字
SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if(sock == INVALID_SOCKET)
{
printf("Failed socket().\n");
WSACleanup();
return 0;
}

//向服务器发起请求
struct sockaddr_in sockAddr;
memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr)); //每个字节都用0填充
sockAddr.sin_family = PF_INET;
sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
sockAddr.sin_port = htons(1234);
if(connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR)) == -1)
{
printf("Failed connect().\n");
WSACleanup();
return 0;
}

//获取用户输入的字符串并发送给服务器
char bufSend[BUF_SIZE] = {0};
printf("\nInput a string: ");
gets(bufSend);
int i;
for(i=0; i<3; i++)
{
send(sock, bufSend, strlen(bufSend), 0);
}

//接收服务器传回的数据
char bufRecv[BUF_SIZE] = {0};
int nRecv = recv(sock, bufRecv, BUF_SIZE, 0);
if(nRecv > 0)
{
bufRecv[nRecv] = '\0';
//输出接收到的数据
printf("Message from server: %s\n", bufRecv);
}
memset(bufSend, 0, BUF_SIZE);//重置缓冲区
memset(bufRecv, 0, BUF_SIZE);//重置缓冲区

//关闭套接字
closesocket(sock);
}

//终止使用DLL
WSACleanup();

return 0;
}

先运行 server，再运行 client，并在10秒内输入字符串"abc"，再等数秒，服务器就会返回数据。运行结果如下：
Input a string: abc
Message form server: abcabcabc

本程序的关键是 server.cpp 第31行的代码

Sleep(10000);

，它让程序暂停执行10秒。在这段时间内，client 连续三次发送字符串"abc"，由于 server 被阻塞，数据只能堆积在缓冲区中，10秒后，server 开始运行，从缓冲区中一次性读出所有积压的数据，并返回给客户端。

另外还需要说明的是 client.cpp 第34行代码。client 执行到 recv() 函数，由于输入缓冲区中没有数据，所以会被阻塞，直到10秒后 server 传回数据才开始执行。用户看到的直观效果就是，client 暂停一段时间才输出 server 返回的结果。

client 的 send() 发送了三个数据包，而 server 的 recv() 却只接收到一个数据包，这很好的说明了数据的粘包问题。