Socket编程--TCP粘包问题

TCP是个流协议，它存在粘包问题





　　产生粘包的原因是：

　　TCP所传输的报文段有MSS的限制，如果套接字缓冲区的大小大于MSS，也会导致消息的分割发送。

　　由于链路层最大发送单元MTU，在IP层会进行数据的分片。

　　应用层调用write方法，将应用层的缓冲区中的数据拷贝到套接字的发送缓冲区。而发送缓冲区有一个SO_SNDBUF的限制，如果应用层的缓冲区数据大小大于套接字发送缓冲区的大小，则数据需要进行多次的发送。

粘包问题的解决

　　①：发送定长包

这里需要封装两个函数：

ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)
ssize_t writen(int fd, void *buf, size_t count)

　　这两个函数的参数列表和返回值与

read

、

write

一致。它们的作用的读取/写入count个字节后再返回。其实现如下：

ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)
{
int left = count ; //剩下的字节
char * ptr = (char*)buf ;
while(left>0)
{
int readBytes = read(fd,ptr,left);
if(readBytes< 0)//read函数小于0有两种情况：1中断 2出错
{
if(errno == EINTR)//读被中断
{
continue;
}
return -1;
}
if(readBytes == 0)//读到了EOF
{
//对方关闭呀
printf("peer close\n");
return count - left;
}
left -= readBytes;
ptr += readBytes ;
}
return count ;
}

/*
writen 函数
写入count字节的数据
*/
ssize_t writen(int fd, void *buf, size_t count)
{
int left = count ;
char * ptr = (char *)buf;
while(left >0)
{
int writeBytes = write(fd,ptr,left);
if(writeBytes<0)
{
if(errno == EINTR)
continue;
return -1;
}
else if(writeBytes == 0)
continue;
left -= writeBytes;
ptr += writeBytes;
}
return count;
}

有了这两个函数之后，我们就可以使用定长包来发送数据了，我抽取其关键代码来讲诉：

char readbuf[512];
readn(conn,readbuf,sizeof(readbuf));  //每次读取512个字节

同理的，写入的时候也写入512个字节

char writebuf[512];
fgets(writebuf,sizeof(writebuf),stdin);
writen(conn,writebuf,sizeof(writebuf);

每个消息都以固定的512字节（或其他数字，看你的应用层的缓冲区大小）来发送，以此区分每一个信息，这便是以固定长度解决粘包问题的思路。定长包解决方案的缺点在于会导致增加网络的负担，无论每次发送的有效数据是多大，都得按照定长的数据长度进行发送。

　　②：粘包解决方案二：使用结构体，显式说明数据部分的长度

在这个方案中，我们需要定义一个‘struct packet’包结构，结构中指明数据部分的长度，用四个字节来表示。发送端的对等方接收报文时，先读取前四个字节，获取数据的长度，由长度来进行数据的读取。定义一个结构体

struct packet
{
unsigned int msgLen ;  //4个字节字段，说明数据部分的大小
char data[512] ;  //数据部分
}

读写过程如下所示，这里抽取关键代码进行说明：

//发送数据过程
struct packet writebuf;
memset(&writebuf,0,sizeof(writebuf));
while(fgets(writebuf.data,sizeof(writebuf.data),stdin)!=NULL)
{
int n = strlen(writebuf.data);   //计算要发送的数据的字节数
writebuf.msgLen =htonl(n);    //将该字节数保存在msgLen字段，注意字节序的转换
writen(conn,&writebuf,4+n);   //发送数据，数据长度为4个字节的msgLen 加上data长度
memset(&writebuf,0,sizeof(writebuf));
}

下面是读取数据的过程，先读取msgLen字段，该字段指示了有效数据data的长度。依据该字段再读出data。

memset(&readbuf,0,sizeof(readbuf));
int ret = readn(conn,&readbuf.msgLen,4); //先读取四个字节，确定后续数据的长度
if(ret == -1)
{
err_exit("readn");
}
else if(ret == 0)
{
printf("peer close\n");
break;
}
int dataBytes = ntohl(readbuf.msgLen); //字节序的转换
int readBytes = readn(conn,readbuf.data,dataBytes); //读取出后续的数据
if(readBytes == 0)
{
printf("peer close\n");
break;
}
if(readBytes<0)
{
err_exit("read");
}

　　③：粘包解决方案三：按行读取

　　ftp协议采用/r/n来识别一个消息的边界，我们在这里实现一个按行读取的功能，该功能能够按/n来识别消息的边界。这里介绍一个函数：

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

与read函数相比，recv函数的区别在于两点：

recv函数只能够用于套接口IO。

recv函数含有flags参数，可以指定一些选项。

recv函数的flags参数常用的选项是：

MSG_OOB 接收带外数据，即通过紧急指针发送的数据

MSG_PEEK 从缓冲区中读取数据，但并不从缓冲区中清除所读数据

为了实现按行读取，我们需要使用recv函数的MSG_PEEK选项。PEEK的意思是"偷看"，我们可以理解为窥视，看看socket的缓冲区内是否有某种内容，而清除缓冲区。

/*
* 封装了recv函数
返回值说明：-1 读取出错
*/
ssize_t read_peek(int sockfd,void *buf ,size_t len)
{
while(1)
{
//从缓冲区中读取，但不清除缓冲区
int ret = recv(sockfd,buf,len,MSG_PEEK);
if(ret == -1 && errno == EINTR)//文件读取中断
continue;
return ret;
}
}

下面是按行读取的代码：

/*
*读取一行内容
* 返回值说明：
== 0 ：对端关闭
== -1 ： 读取错误
其他：一行的字节数，包含\n
*
**/
ssize_t readLine(int sockfd ,void * buf ,size_t maxline)
{
int ret ;
int nRead = 0;
int left = maxline ;
char * pbuf  = (char *) buf;
int count  = 0;
while(true)
{
//从socket缓冲区中读取指定长度的内容，但并不删除
ret = read_peek(sockfd,pbuf,left);
// ret = recv(sockfd , pbuf , left , MSG_PEEK);
if(ret<= 0)
return ret;
nRead = ret ;
for(int i = 0 ;i< nRead ; ++i)
{
if(pbuf[i]=='\n') //探测到有\n
{
ret = readn (sockfd , pbuf, i+1);
if(ret != i+1)
exit(EXIT_FAILURE);
return ret + returnCount;
}
}
//如果嗅探到没有\n
//那么先将这一段没有\n的读取出来
ret  = readn(sockfd , pbuf , nRead);
if(ret != nRead)
exit(EXIT_FAILURE);
pbuf += nRead ;
left -= nRead ;
count += nRead;
}
return -1;
}