TCP,UDP消息邊界

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,發送端爲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,合併成一個大的數據塊,然後進行封包。這樣,接收端,就難於分辨出來了,必須提供科學的拆包機制。
對於UDP,不會使用塊的合併優化算法,這樣,實際上目前認爲,是由於UDP支持的是一對多的模式,所以接收端的skbuff(套接字緩衝區)採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,對於接收端來說,就容易進行區分處理了

保護消息邊界和流
那麼什麼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
用UDP協議,不管我們使用多大的接收緩衝區去接收數據,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
只要把接收的緩衝區大小設置在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.

   這就是因爲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,他不認爲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,並不清楚tcp是基於流的

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,
因爲當他們使用的緩衝區足夠大時,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爲了保證可靠傳輸,儘量減少額外
開銷(每次發包都要驗證),因此採用了流式傳輸,面向流的傳輸,
相對於面向消息的傳輸,可以減少發送包的數量。從而減少了額外開
銷。但是,對於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,也會在接收緩衝裏
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,取決於內核
中的socket的寫法)

而UDP,由於面向的是消息傳輸,它把所有接收到的消息都掛接到緩衝
區的接受隊列中,因此,它對於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最大載荷爲1472,因此最好能
每次傳輸接近這個數的數據量,這特別適合於視頻,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,最後返回發送的實際數據總數。

   有sentMessage函數後,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:

 

```java
 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於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爲字節類型。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爲整形
            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;

        }
發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章