（經典）TCP粘包分析
一 .兩個簡單概念長連接與短連接：
1.長連接
Client方與Server方先建立通訊連接，連接建立後不斷開， 然後再進行報文發送和接收。
2.短連接
Client方與Server每進行一次報文收發交易時才進行通訊連接，交易完畢後立即斷開連接。此種方式常用於一點對多點
通訊，比如多個Client連接一個Server.
二 .什麽時候需要考慮粘包問題?
1:如果利用tcp每次發送數據，就與對方建立連接，然後雙方發送完一段數據後，就關閉連接，這樣就不會出現粘包問題（因為只有一種包結構,類似於http協議）。關閉連接主要要雙方都發送close連接（參考tcp關閉協議）。如：A需要發送一段字符串給B，那麽A與B建立連接，然後發送雙方都默認好的協議字符如"hello give me sth abour yourself"，然後B收到報文後，就將緩沖區數據接收,然後關閉連接，這樣粘包問題不用考慮到，因為大家都知道是發送一段字符。
2：如果發送數據無結構，如文件傳輸，這樣發送方只管發送，接收方只管接收存儲就ok，也不用考慮粘包
3：如果雙方建立連接，需要在連接後一段時間內發送不同結構數據，如連接後，有好幾種結構：
1)"hello give me sth abour yourself"
2)"Don‘t give me sth abour yourself"
那這樣的話，如果發送方連續發送這個兩個包出去，接收方一次接收可能會是"hello give me sth abour yourselfDon‘t give me sth abour yourself" 這樣接收方就傻了，到底是要幹嘛？不知道，因為協議沒有規定這麽詭異的字符串，所以要處理把它分包，怎麽分也需要雙方組織一個比較好的包結構，所以一般可能會在頭加一個數據長度之類的包，以確保接收。
三 .粘包出現原因：在流傳輸中出現，UDP不會出現粘包，因為它有消息邊界(參考Windows 網絡編程)
1 發送端需要等緩沖區滿才發送出去，造成粘包
2 接收方不及時接收緩沖區的包，造成多個包接收
解決辦法：
為了避免粘包現象，可采取以下幾種措施。一是對於發送方引起的粘包現象，用戶可通過編程設置來避免，TCP提供了強制數據立即傳送的操作指令push，TCP軟件收到該操作指令後，就立即將本段數據發送出去，而不必等待發送緩沖區滿；二是對於接收方引起的粘包，則可通過優化程序設計、精簡接收進程工作量、提高接收進程優先級等措施，使其及時接收數據，從而盡量避免出現粘包現象；三是由接收方控制，將一包數據按結構字段，人為控制分多次接收，然後合並，通過這種手段來避免粘包。
以上提到的三種措施，都有其不足之處。第一種編程設置方法雖然可以避免發送方引起的粘包，但它關閉了優化算法，降低了網絡發送效率，影響應用程序的性能，一般不建議使用。第二種方法只能減少出現粘包的可能性，但並不能完全避免粘包，當發送頻率較高時，或由於網絡突發可能使某個時間段數據包到達接收方較快，接收方還是有可能來不及接收，從而導致粘包。第三種方法雖然避免了粘包，但應用程序的效率較低，對實時應用的場合不適合。
載自：http://blog.csdn.net/binghuazh/archive/2009/05/28/4222516.aspx
====================================================================
網絡通訊的封包和拆包 收藏
對於基於TCP開發的通訊程序,有個很重要的問題需要解決,就是封包和拆包.
一.為什麽基於TCP的通訊程序需要進行封包和拆包.
TCP是個"流"協議,所謂流,就是沒有界限的一串數據.大家可以想想河裏的流水,是連成一片的,其間是沒有分界線的.但一般通訊程序開發是需要定義一個個相互獨立的數據包的,比如用於登陸的數據包,用於註銷的數據包.由於TCP"流"的特性以及網絡狀況,在進行數據傳輸時會出現以下幾種情況.
假設我們連續調用兩次send分別發送兩段數據data1和data2,在接收端有以下幾種接收情況(當然不止這幾種情況,這裏只列出了有代表性的情況).
A.先接收到data1,然後接收到data2.
B.先接收到data1的部分數據,然後接收到data1余下的部分以及data2的全部.
C.先接收到了data1的全部數據和data2的部分數據,然後接收到了data2的余下的數據.
D.一次性接收到了data1和data2的全部數據.
對於A這種情況正是我們需要的,不再做討論.對於B,C,D的情況就是大家經常說的"粘包",就需要我們把接收到的數據進行拆包,拆成一個個獨立的數據包.為了拆包就必須在發送端進行封包.
另:對於UDP來說就不存在拆包的問題,因為UDP是個"數據包"協議,也就是兩段數據間是有界限的,在接收端要麽接收不到數據要麽就是接收一個完整的一段數據,不會少接收也不會多接收.
二.為什麽會出現B.C.D的情況.
"粘包"可發生在發送端也可發生在接收端.
1.由Nagle算法造成的發送端的粘包:Nagle算法是一種改善網絡傳輸效率的算法.簡單的說,當我們提交一段數據給TCP發送時,TCP並不立刻發送此段數據,而是等待一小段時間,看看在等待期間是否還有要發送的數據,若有則會一次把這兩段數據發送出去.這是對Nagle算法一個簡單的解釋,詳細的請看相關書籍.象C和D的情況就有可能是Nagle算法造成的.
2.接收端接收不及時造成的接收端粘包:TCP會把接收到的數據存在自己的緩沖區中,然後通知應用層取數據.當應用層由於某些原因不能及時的把TCP的數據取出來,就會造成TCP緩沖區中存放了幾段數據.
三.怎樣封包和拆包.
最初遇到"粘包"的問題時,我是通過在兩次send之間調用sleep來休眠一小段時間來解決.這個解決方法的缺點是顯而易見的,使傳輸效率大大降低,而且也並不可靠.後來就是通過應答的方式來解決,盡管在大多數時候是可行的,但是不能解決象B的那種情況,而且采用應答方式增加了通訊量,加重了網絡負荷. 再後來就是對數據包進行封包和拆包的操作.
封包:
封包就是給一段數據加上包頭,這樣一來數據包就分為包頭和包體兩部分內容了(以後講過濾非法包時封包會加入"包尾"內容).包頭其實上是個大小固定的結構體,其中有個結構體成員變量表示包體的長度,這是個很重要的變量,其他的結構體成員可根據需要自己定義.根據包頭長度固定以及包頭中含有包體長度的變量就能正確的拆分出一個完整的數據包.
對於拆包目前我最常用的是以下兩種方式.
1.動態緩沖區暫存方式.之所以說緩沖區是動態的是因為當需要緩沖的數據長度超出緩沖區的長度時會增大緩沖區長度.
大概過程描述如下:
A,為每一個連接動態分配一個緩沖區,同時把此緩沖區和SOCKET關聯,常用的是通過結構體關聯.
B,當接收到數據時首先把此段數據存放在緩沖區中.
C,判斷緩存區中的數據長度是否夠一個包頭的長度,如不夠,則不進行拆包操作.
D,根據包頭數據解析出裏面代表包體長度的變量.
E,判斷緩存區中除包頭外的數據長度是否夠一個包體的長度,如不夠,則不進行拆包操作.
F,取出整個數據包.這裏的"取"的意思是不光從緩沖區中拷貝出數據包,而且要把此數據包從緩存區中刪除掉.刪除的辦法就是把此包後面的數據移動到緩沖區的起始地址.
這種方法有兩個缺點.1.為每個連接動態分配一個緩沖區增大了內存的使用.2.有三個地方需要拷貝數據,一個地方是把數據存放在緩沖區,一個地方是把完整的數據包從緩沖區取出來,一個地方是把數據包從緩沖區中刪除.第二種拆包的方法會解決和完善這些缺點.
前面提到過這種方法的缺點.下面給出一個改進辦法, 即采用環形緩沖.但是這種改進方法還是不能解決第一個缺點以及第一個數據拷貝,只能解決第三個地方的數據拷貝(這個地方是拷貝數據最多的地方).第2種拆包方式會解決這兩個問題.
環形緩沖實現方案是定義兩個指針,分別指向有效數據的頭和尾.在存放數據和刪除數據時只是進行頭尾指針的移動.
2.利用底層的緩沖區來進行拆包
由於TCP也維護了一個緩沖區,所以我們完全可以利用TCP的緩沖區來緩存我們的數據,這樣一來就不需要為每一個連接分配一個緩沖區了.另一方面我們知道recv或者wsarecv都有一個參數,用來表示我們要接收多長長度的數據.利用這兩個條件我們就可以對第一種方法進行優化.
對於阻塞SOCKET來說,我們可以利用一個循環來接收包頭長度的數據,然後解析出代表包體長度的那個變量,再用一個循環來接收包體長度的數據.
相關代碼如下:
char PackageHead[1024];
char PackageContext[1024*20];
int len;
PACKAGE_HEAD *pPackageHead;
while( m_bClose == false )
{
memset(PackageHead,0,sizeof(PACKAGE_HEAD));
len = m_TcpSock.ReceiveSize((char*)PackageHead,sizeof(PACKAGE_HEAD));
if( len == SOCKET_ERROR )
{
break;
}
if(len == 0)
{
break;
}
pPackageHead = (PACKAGE_HEAD *)PackageHead;
memset(PackageContext,0,sizeof(PackageContext));
if(pPackageHead->nDataLen>0)
{
len = m_TcpSock.ReceiveSize((char*)PackageContext,pPackageHead->nDataLen);
}
}
m_TcpSock是一個封裝了SOCKET的類的變量,其中的ReceiveSize用於接收一定長度的數據,直到接收了一定長度的數據或者網絡出錯才返回.
int winSocket::ReceiveSize( char* strData, int iLen )
{
if( strData == NULL )
return ERR_BADPARAM;
char *p = strData;
int len = iLen;
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;
}
對於非阻塞的SOCKET,比如完成端口,我們可以提交接收包頭長度的數據的請求,當 GetQueuedCompletionStatus返回時,我們判斷接收的數據長度是否等於包頭長度,若等於,則提交接收包體長度的數據的請求,若不等於則提交接收剩余數據的請求.當接收包體時,采用類似的方法.
（經典）TCP粘包分析