TCP粘包和抓包

news2024/11/14 18:19:05

在 TCP 套接字中，发送和接收缓冲区用于暂存数据，以确保数据的可靠传输。具体来说，TCP 的 socket 收发缓冲区的主要特点和概念如下：

1. 发送缓冲区（Send Buffer）

定义: 发送缓冲区用于存储待发送的数据。应用程序将数据写入发送缓冲区，TCP 协议会将这些数据逐渐发送到网络中。

大小: 发送缓冲区的大小可以通过套接字选项进行配置，默认大小通常由操作系统决定。可以使用 setsockopt() 函数来修改送的缓冲区大小，例如：

int size = 1048576; // 1MB setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &size, sizeof(size));

2. 接收缓冲区（Receive Buffer）

定义: 接收缓冲区用于存储接收到的网络数据，通常由 TCP 协议管理。数据从网络中接收后，首先会存入接收缓冲区，应用程序随后从缓冲区中读取数据。

大小: 跟发送缓冲区一样，接收缓冲区的大小也可以通过 setsockopt() 调整。例如：

int size = 1048576; // 1MB setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &size, sizeof(size));

3. 缓冲区管理

TCP 是面向连接的协议，使用流控、拥塞控制等机制来管理数据传输。当发送缓冲区满时，发送操作会被阻塞，直到有数据被确认接收，腾出空间；同样，接收缓冲区满时，recv() 调用将阻塞，直到缓冲区有可读数据。

4. 缓冲区溢出

如果接收缓冲区的大小不够以存放所有传入的数据，丢失的数据将被丢弃。因此，合理设置缓冲区的大小对提升 TCP 性能是重要的。

5. 查看缓冲区大小（仅在 Linux 上）

使用 getsockopt() 函数可以查看当前缓冲区的大小。例如：

int size; socklen_t optlen = sizeof(size); getsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &size, &optlen); printf("Send buffer size: %d\n", size); getsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &size, &optlen); printf("Receive buffer size: %d\n", size);

6. 影响因素

（1）网络带宽: 高带宽网络可能需要更大的发送和接收缓冲区。

（2）延迟和延迟带宽积: 高延迟的连接通常需要更大的缓冲区，以防止网络延迟导致的传输效率降低。

粘包：

粘包的原因：

TCP流的特性:TCP 是一种面向字节流的协议，无论发送方发送多少次数据，接收方可能在一次 recv 调用中接收到多个数据包，或者一个数据包被拆分为多个部分。
数据发送速率:发送方的连接速率快于接收方处理速率，造成多个数据在同一时间到达。
数据包大小差异:当小的数据包被频繁发送时，TCP 可能会将它们合并在一起以减少网络协议开销。
网络拥塞:网络拥塞可能会导致数据在发送过程中的堆积，从而导致粘包。

解决方案：

固定长度协议:每个数据包有固定的字节长度，接收方只需按此长度接收数据。
分隔符协议:在每个数据包后添加特定的分隔符（如 \n、EOF 等），接收方通过检测分隔符来分割数据包。
消息头:在每个数据包前加上一个头部，头部包含消息体的长度信息。接收方先读取头部，知道完整消息的长度后，再读取相应字节的数据。

例如，可以设计如下数据格式:

[length][data]

其中 length 为数据长度（通常为 4 字节），data 为实际数据。
使用高层协议:使用已有的高层协议（如 HTTP、WebSocket 等），这些协议内置了解决粘包问题的机制

`127.0.0.1` 是一个特殊的IP地址，称为回环地址，通常用于网络测试和本地通信。它代表本地计算机或设备本身。使用这个地址，您可以在没有网络连接的情况下测试网络应用程序，因为所有通过该地址发送的数据都返回给同一设备。

二、recv和send

1. `send` 函数

send 函数用于在已连接的 socket 上发送数据。它的基本原型如下（C语言）：

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

参数说明:
- sockfd: 套接字描述符，标识已连接的 socket。
- buf: 指向包含要发送数据的缓冲区的指针。
- len: 要发送的数据的长度（字节数）。
- flags: 发送操作的标志，通常可以为0。
返回值:
- 成功时返回实际发送的字节数；失败时返回 -1，并设置 errno。

2. `recv` 函数

recv 函数用于从连接的 socket 接收数据。它的基本原型如下（C语言）：

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

参数说明:
- sockfd: 套接字描述符，标识已连接的 socket。
- buf: 指向一个缓冲区，接收到的数据将存储在其中。
- len: 缓冲区的大小（字节数）。
- flags: 接收操作的标志，通常可以为0。
返回值:
- 成功时返回实际接收的字节数；返回值为0表示对方关闭了连接；失败时返回 -1，并设置 errno。