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    TCP和UDP的"保護消息邊界" (經典)

    2016-09-28 00:00:00 廣州睿豐德信息科技有限公司 閱讀
    睿豐德科技 專注RFID識別技術和條碼識別技術與管理軟件的集成項目。質量追溯系統、MES系統、金蝶與條碼系統對接、用友與條碼系統對接 在socket網絡程序中,TCP和UDP分別是面向連接和非面向連接的。因此TCP的socket編程,收發兩端(客戶端和服務器端)都要有一一成對的socket,因此,發送端為了將多個發往接收端的包,更有效的發到對方,使用了優化方法(Nagle算法),將多次間隔較小且數據量小的數據,合并成一個大的數據塊,然后進行封包。這樣,接收端,就難于分辨出來了,必須提供科學的拆包機制。
           對于UDP,不會使用塊的合并優化算法,這樣,實際上目前認為,是由于UDP支持的是一對多的模式,所以接收端的skbuff(套接字緩沖區)采用了鏈式結構來記錄每一個到達的UDP包,在每個UDP包中就有了消息頭(消息來源地址,端口等信息),這樣,對于接收端來說,就容易進行區分處理了

    保護消息邊界和流

    那么什么是保護消息邊界和流呢?

           保護消息邊界,就是指傳輸協議把數據當作一條獨立的消息在網上 
    傳輸,接收端只能接收獨立的消息.也就是說存在保護消息邊界,接收 
    端一次只能接收發送端發出的一個數據包. 
           而面向流則是指無保護消息保護邊界的,如果發送端連續發送數據, 
    接收端有可能在一次接收動作中,會接收兩個或者更多的數據包.

           我們舉個例子來說,例如,我們連續發送三個數據包,大小分別是2k, 
    4k , 8k,這三個數據包,都已經到達了接收端的網絡堆棧中,如果使 
    UDP協議,不管我們使用多大的接收緩沖區去接收數據,我們必須有 
    三次接收動作,才能夠把所有的數據包接收完.而使用TCP協議,我們 
    只要把接收的緩沖區大小設置在14k以上,我們就能夠一次把所有的 
    數據包接收下來.只需要有一次接收動作.

           這就是因為UDP協議的保護消息邊界使得每一個消息都是獨立的.而 
    流傳輸,卻把數據當作一串數據流,他不認為數據是一個一個的消息.

          所以有很多人在使用tcp協議通訊的時候,并不清楚tcp是基于流的 
    傳輸,當連續發送數據的時候,他們時常會認識tcp會丟包.其實不然, 
    因為當他們使用的緩沖區足夠大時,他們有可能會一次接收到兩個甚 
    至更多的數據包,而很多人往往會忽視這一點,只解析檢查了第一個 
    數據包,而已經接收的其他數據包卻被忽略了.所以大家如果要作這 
    類的網絡編程的時候,必須要注意這一點.

    結論:
         根據以上所說,可以這樣理解,TCP為了保證可靠傳輸,盡量減少額外
    開銷(每次發包都要驗證),因此采用了流式傳輸,面向流的傳輸,
    相對于面向消息的傳輸,可以減少發送包的數量。從而減少了額外開
    銷。但是,對于數據傳輸頻繁的程序來講,使用TCP可能會容易粘包。
    當然,對接收端的程序來講,如果機器負荷很重,也會在接收緩沖里
    粘包。這樣,就需要接收端額外拆包,增加了工作量。因此,這個特
    別適合的是數據要求可靠傳輸,但是不需要太頻繁傳輸的場合(
    兩次操作間隔100ms,具體是由TCP等待發送間隔決定的,取決于內核
    中的socket的寫法)

    而UDP,由于面向的是消息傳輸,它把所有接收到的消息都掛接到緩沖
    區的接受隊列中,因此,它對于數據的提取分離就更加方便,但是,
    它沒有粘包機制,因此,當發送數據量較小的時候,就會發生數據包
    有效載荷較小的情況,也會增加多次發送的系統發送開銷(系統調用,
    寫硬件等)和接收開銷。因此,應該最好設置一個比較合適的數據包
    的包長,來進行UDP數據的發送。(UDP最大載荷為1472,因此最好能
    每次傳輸接近這個數的數據量,這特別適合于視頻,音頻等大塊數據
    的發送,同時,通過減少握手來保證流媒體的實時性)

    來自: http://hi.baidu.com/chongerfeia/blog/item/b1e572f631dd7e28bd310965.html

    TCP無保護消息邊界的解決
     針對這個問題,一般有3種解決方案:

          (1)發送固定長度的消息

          (2)把消息的尺寸與消息一塊發送

          (3)使用特殊標記來區分消息間隔

         

    下面我們主要分析下前兩種方法:

    1、發送固定長度的消息 
    這種方法的好處是他非常容易,而且只要指定好消息的長度,沒有遺漏未未發的數據,我們重寫了一個SendMessage方法。代碼如下:

      private static int SendMessage(Socket s, byte[] msg)

            { 
                int offset = 0; 
                int size = msg.Length; 
                int dataleft = size;

                while (dataleft > 0) 
                {

                    int sent = s.Send(msg, offset, SocketFlags.None); 
                    offset += sent; 
                    dataleft -= sent;

                }

                return offset; 
            }

    簡要分析一下這個函數:形參s是進行通信的套接字,msg即待發送的字節數組。該方法使用while循環檢查是否還有數據未發送,尤其當發送一個很龐大的數據包,在不能一次性發完的情況下作用比較明顯。特別的,用sent來記錄實際發送的數據量,和recv是異曲同工的作用,最后返回發送的實際數據總數。

       有sentMessage函數后,還要根據指定的消息長度來設計一個新的Recive方法。代碼如下:

      private byte[] ReciveMessage(Socket s, int size) 
            {

                int offset = 0; 
                int recv; 
                int dataleft = size; 
                byte[] msg = new byte[size];


                while (dataleft > 0)

                {

                    //接收消息 
                    recv = s.Receive(msg, offset, dataleft, 0); 
                    if (recv == 0)

                    {

                        break;

                    } 
                    offset += recv; 
                    dataleft -= recv;

                }

                return msg;

            }

    以上這種做法比較適合于消息長度不是很長的情況。

    2、消息長度與消息一同發送

    我們可以這樣做:通過使用消息的整形數值來表示消息的實際大小,所以要把整形數轉換為字節類型。下面是發送變長消息的SendMessage方法。具體代碼如下:

      private static int SendMessage(Socket s, byte[] msg) 
            {

                int offset = 0; 
                int sent; 
                int size = msg.Length; 
                int dataleft = size; 
                byte[] msgsize = new byte[2];

                //將消息尺寸從整形轉換成可以發送的字節型 
                msgsize = BitConverter.GetBytes(size);


                //發送消息的長度信息 
                sent = s.Send(size);

                while (dataleft > 0)

                {

                    sent = s.Send(msg, offset, dataleft, SocketFlags.None);

                    //設置偏移量

                    offset += sent; 
                    dataleft -= sent;

                }

                return offset;

            }


    下面是接收變長消息的ReciveVarMessage方法。代碼如下:

    private byte[] ReciveVarMessage(Socket s) 
            {


                int offset = 0; 
                int recv; 
                byte[] msgsize = new byte[2];


                //將字節數組的消息長度信息轉換為整形 
                int size = BitConverter.ToInt16(msgsize); 
                int dataleft = size; 
                byte[] msg = new byte[size];


                //接收2個字節大小的長度信息 
                recv = s.Receive(msgsize, 0, 2, 0); 
                while (dataleft > 0) 
                {

                    //接收數據 
                    recv = s.Receive(msg, offset, dataleft, 0); 
                    if (recv == 0) 
                    { 
                        break; 
                    } 
                    offset += recv; 
                    dataleft -= recv;

                }

                return msg;

            }

     

    本文來自CSDN博客,轉載請標明出處:http://blog.csdn.net/xinshi9608/archive/2010/12/31/6109511.aspx

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