办理TCP网络传输“粘包”问题
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当前在网络传输应用中，遍及回收的是TCP/IP通信协议及其尺度的socket应用开拓编程接口（API）。TCP/IP传输层有两个并列的协议：TCP和UDP。个中TCP（transport control protocol，传输节制协议）是面向毗连的，提供高靠得住性处事。UDP（user datagram protocol，用户数据报协议）是无毗连的，提供高效率处事。在实际工程应用中，对靠得住性和效率的选择取决于应用的情况和需求。一般环境下，普通数据的网络传输回收高效率的udp，重要数据的网络传输回收高靠得住性的TCP。
在应用开拓进程中，笔者发明基于TCP网络传输的应用措施有时会呈现粘包现象（即发送方发送的若干包数据到吸收方吸收时粘成一包）。针对这种环境，我们举办了专题研究与尝试。本文重点阐明白TCP网络粘包问题，并团结尝试功效提出了办理该问题的对策和要领，供有关工程技能人员参考。
一、TCP协议简介
TCP是一个面向毗连的传输层协议，固然TCP不属于iso拟定的协议集，但由于其在贸易界和家产界的乐成应用，它已成为事实上的网络尺度，遍及应用于各类网络主机间的通信。
作为一个面向毗连的传输层协议，TCP的方针是为用户提供靠得住的端到端毗连，担保信息有序无误的传输。它除了提供根基的数据传输成果外，还为担保靠得住性回收了数据编号、校验和计较、数据确认等一系列法子。它对传送的每个数据字节都举办编号，并请求吸收方回传确认信息（ack）。发送方假如在划定的时间内没有收到数据确认，就重传该数据。数据编号使吸收方可以或许处理惩罚数据的失序和反复问题。数据误码问题通过在每个传输的数据段中增加校验和予以办理，吸收方在吸收到数据后查抄校验和，若校验和有误，则扬弃该有误码的数据段，并要求发送方重传。流量节制也是担保靠得住性的一个重要法子，若无流控，大概会因吸收缓冲区溢出而丢失大量数据，导致很多重传，造成网络拥塞恶性轮回。TCP回收可变窗口举办流量节制，由吸收方节制发送方发送的数据量。
TCP为用户提供了高靠得住性的网络传输处事，但靠得住性保障法子也影响了传输效率。因此，在实际工程应用中，只有要害数据的传输才回收TCP，而普通数据的传输一般回收高效率的udp。
二、粘包问题阐明与对策
TCP粘包是指发送方发送的若干包数据到吸收方吸收时粘成一包，从吸收缓冲区看，后一包数据的头紧接着前一包数据的尾。
呈现粘包现象的原因是多方面的，它既大概由发送方造成，也大概由吸收方造成。发送方引起的粘包是由TCP协议自己造成的，TCP为提高传输效率，发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一包数据。若持续屡次发送的数据都很少，凡是TCP会按照优化算法把这些数据合成一包后一次发送出去，这样吸收方就收到了粘包数据。吸收方引起的粘包是由于吸收方用户历程不实时吸收数据，从而导致粘包现象。这是因为吸收方先把收到的数据放在系统吸收缓冲区，用户历程从该缓冲区取数据，若下一包数据达到时前一包数据尚未被用户历程取走，则下一包数据放到系统吸收缓冲区时就接到前一包数据之后，而用户历程按照预先设定的缓冲区巨细从系统吸收缓冲区取数据，这样就一次取到了多包数据（图1所示）。
图1
图2
图3
粘包环境有两种，一种是粘在一起的包都是完整的数据包（图1、图2所示），另一种环境是粘在一起的包有不完整的包（图3所示），此处假设用户吸收缓冲区长度为m个字节。
不是所有的粘包现象都需要处理惩罚，若传输的数据为不带布局的持续流数据（如文件传输），则不必把粘连的包分隔（简称分包）。但在实际工程应用中，传输的数据一般为带布局的数据，这时就需要做分包处理惩罚。
在处理惩罚定长布局数据的粘包问题时，分包算法较量简朴；在处理惩罚不定长布局数据的粘包问题时，分包算法就较量巨大。出格是如图3所示的粘包环境，由于一包数据内容被分在了两个持续的吸收包中，处理惩罚起来难度较大。实际工程应用中应只管制止呈现粘包现象。
为了制止粘包现象，可采纳以下几种法子。一是对付发送方引起的粘包现象，用户可通过编程配置来制止，TCP提供了强制数据当即传送的操纵指令push，TCP软件收到该操纵指令后，就当即将本段数据发送出去，而不必期待发送缓冲区满；二是对付吸收方引起的粘包，则可通过优化措施设计、精简吸收历程事情量、提高吸收历程优先级等法子，使其实时吸收数据，从而只管制止呈现粘包现象；三是由吸收方节制，将一包数据按布局字段，工钱节制分多次吸收，然后归并，通过这种手段来制止粘包。
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以上提到的三种法子，都有其不敷之处。第一种编程配置要领固然可以制止发送方引起的粘包，但它封锁了优化算法，低落了网络发送效率，影响应用措施的机能，一般不发起利用。第二种要领只能淘汰呈现粘包的大概性，但并不能完全制止粘包，当发送频率较高时，或由于网络突发大概使某个时间段数据包达到吸收方较快，吸收方照旧有大概来不及吸收，从而导致粘包。第三种要领固然制止了粘包，但应用措施的效率较低，对及时应用的场所不适合。
一种较量周全的对策是：吸收方建设一预处理惩罚线程，对吸收到的数据包举办预处理惩罚，将粘连的包分隔。对这种要领我们举办了尝试，证明是高效可行的。
三、编程与实现
1．实现框架
尝试网络通信措施回收TCP/IP协议的socket api编程实现。socket是面向客户机/处事器模子的。TCP实现框架如图4所示。
图4
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2．尝试硬件情况：
处事器：pentium 350 微机
客户机：pentium 166微机
网络平台：由10兆共享式hub毗连而成的局域网
3．尝试软件情况：
操纵系统：windows 98
编程语言：visual c++ 5.0
4．主要线程
编程回收多线程方法，处事器端共有两个线程：发送数据线程、发送统计显示线程。客户端共有三个线程：吸收数据线程、吸收预处理惩罚粘包线程、吸收统计显示线程。个中，发送和吸收线程优先级设为thread_priority_time_critical（最高优先级），预处理惩罚线程优先级为thread_priority_above_normal（高于普通优先级），显示线程优先级为thread_priority_normal（普通优先级）。
尝试发送数据的数据布局如图5所示：
图5
5．分包算法
针对三种差异的粘包现象，分包算法别离采纳了相应的办理步伐。其根基思路是首先将待处理惩罚的吸收数据流（长度设为m）强行转换成预定的布局数据形式，并从中取出布局数据长度字段，即图5中的n，尔后按照n计较获得第一包数据长度。
1)若n<m，则表白数据流包括多包数据，从其头部截取n个字节存入姑且缓冲区，剩余部门数据依此继承轮回处理惩罚，直至竣事。
2)若n=m，则表白数据流内容刚好是一完整布局数据，直接将其存入姑且缓冲区即可。
3)若n>m，则表白数据流内容尚不足组成一完整布局数据，需留待与下一包数据归并后再行处理惩罚。
对分包算法详细内容及软件实现有乐趣者，可与作者接洽。
四、尝试功效阐明
尝试功效如下：
1．在上述尝试情况下，当发送方持续发送的若干包数据长度之和小于1500b时，常会呈现粘包现象，吸收方经预处理惩罚线程处理惩罚后能正确解开粘在一起的包。若措施中配置了“发送不延迟”：（setsockopt (socket_name，ipproto_tcp，tcp_nodelay，(char *) &on，sizeof on) ，个中on=1），则不存在粘包现象。
2．当发送数据为每包1kb～2kb的不定长数据时，若发送隔断时间小于10ms，偶然会呈现粘包，吸收方经预处理惩罚线程处理惩罚后能正确解开粘在一起的包。
3．为测定处理惩罚粘包的时间，发送方依次轮回发送长度为1.5kb、1.9kb、1.2kb、1.6kb、1.0kb数据，共计1000包。为制造粘包现象，吸收线程每次吸收前都期待10ms，吸收缓冲区设为5000b，功效吸收方收到526包数据，个中长度为5000b的有175包。经预处理惩罚线程处理惩罚可获得1000包正确数据，粘包处理惩罚总时间小于1ms。
尝试功效表白，TCP粘包现象确实存在，但可通过吸收方的预处理惩罚予以办理，并且处理惩罚时间很是短（尝试中1000包数据总共处理惩罚时间不到1ms），险些不影响应用措施的正常事情。
