流协议与粘包:
我们知道TCP是一个基于字节流的传输服务，这意味着TCP所传输的数据之间是无边界的，像流水一样，是无法区分边界的;而UDP是基于消息的传输服务，它传输的是数据报文，是有边界的。
而对于数据之间有无边界，反映在对方接收程序的时候，是不一样的：对于TCP字节流来说，对等方在接收数据的时候，不能够保证一次读操作，能够返回多少个字节，是一个消息，还是二个消息，这些都是不确定的；而对于UDP消息服务来说，它能够保证对等方一次读操作返回的是一条消息。
由于TCP的无边界性，就会产生粘包问题，那粘包问题具体体现是怎样的呢？下面用图来进行阐述：
假设主机A(Host A)要向主机B(Host B)发送两个数据包：M1,M2
而对于对待接收方主机B来说，可能会有以下几种情况：
①
也就是第一次读操作刚好返回第一条消息(M1)的全部，接下来第二次读操作返回第二条消息(M2)的全部，所以这就没有粘包问题。
②
一次读操作就返回了M1,M2的所有，这样M1和M2就粘在一起了，这就能比较直观的体会到粘包的表现了。
③
一次读操作返回了M1的全部，并且还有M2的一部分(m2_1)；第二次读操作返回了M2的另外一部分(M2_2)。
④
一次读操作返回了M1的一部分(M1_1)；第二次读操作返回了M1的另外一部分(M1_2)，并且还有M2的全部。
当然除了上面四种情况，可能还存在其它组合，因为主机B一次能接收的字节数是不确定的。
下面来探讨下产生的原因。
粘包产生的原因
① 应用程要将自己缓冲区中的数据发送出去，首先要调用一个write方法，将应用程序的缓冲区的数据拷贝到套接口发送缓冲区(SO_SNDBUF)，而该缓冲区有一个SO_SNDBUF大小的限制，如果应用缓冲区一条消息的大小超过了SO_SNDBUF的大小，那这时候就有可能产生粘包问题，因为消息被分隔了，一部分已经发送给发送缓冲区，且对方已经接收到了，另外一部分才放到了发送缓冲区，这样对方就延迟接收了消息的后一部分。这就导致了粘包问题的出现。
②TCP传输的段有最大段(MSS)的限制，所以也会对应用发送的消息进行分割而产生粘包问题。
③链路层它所传输的数据有一个最大传输单元(MTU)的限制，如果我们所发送的数据包超过了最大传输单元，会在IP层进行分组，这也可能导致消息的分割，所以也有可能出现粘包问题。
当然还有其它原因，如TCP的流量控制、拥塞控制、TCP的延迟发送机制，对于上面说的理论理解起来比较抽象，只要记住一条：TCP会产生粘包问题既可。
粘包解决方案:
怎么才能解决粘包问题呢？
既然TCP协议没有在传输层没有维护消息与消息之间的边界，所以：
我们所要发送的消息是一个定长包，那么对等方在接收的时候已定长的方式来进行接收，就能确保消息与消息之间的边界。
这种方式有个问题，就是如果消息本身就带这些字符的话，就无法就无法区分消息的边界了，这时就需要用到转义字符了。
其中包头是定长的，如4个字节。
这些解决方案有一个很重要的问题，就是定长包的接收，我们之前说了，TCP是一个流协议，它不能保证对方一次接收接收到了多少个字节，那我们就需要封装一个函数：接收确定字节数的读操作。
下面简单介绍一下两种方法的实现
1、发送定长包
server.c
#include#include <string.h> #include #include #include in.h> #include #include #define ERR_EXIT(m)\ do\ {\ perror(m);\ exit(EXIT_FAILURE);\ }while(0); ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)//读取count个字节数，其中size_t是无符号 的整数，ssize_t是有符号的整数 { size_t nleft = count;//剩余的字节数 printf("nleft = %d\n",nleft); ssize_t nread;//已接收的字节数 char *bufp = (char*)buf; while (nleft > 0) {//由于不能保证一次读操作能够返回字节数是多少，所以需要进行循环来接收 if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0) { if (errno == EINTR)//被信号中断了，则继续执行，因为不是出错 continue; return -1;//表示读取失败了 } else if (nread == 0)//对等方关闭了 return count - nleft;//返回已经读取的字节数 bufp += nread; nleft -= nread; } return count; } ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count) { size_t nleft = count; ssize_t nwritten; char *bufp = (char*)buf; while (nleft > 0) { if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0) { if (errno == EINTR) continue; return -1; } else if (nwritten == 0)//如果是这种情况，则表示什么都没发生，继续还得执行 continue; bufp += nwritten; nleft -= nwritten; } return count; } void do_service(int conn) { char recvbuf[1024]; while(1) { memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf)); int ret=readn(conn,recvbuf,sizeof(recvbuf)); if(ret == 0) { printf("client close\n"); break; } else if(ret == -1) { ERR_EXIT("read"); } fputs(recvbuf,stdout); writen(conn,recvbuf,ret); } } int main(void) { int listenfd; if((listenfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)) < 0) { ERR_EXIT("socket"); } struct sockaddr_in servaddr; memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(5188); servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /*servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");*/ /*inet_aton("127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);*/ //地址重用 int on=1; if(setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on)) < 0) { ERR_EXIT("setsockopt"); } if(bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) < 0) { ERR_EXIT("bind"); } if(listen(listenfd,SOMAXCONN) < 0) { ERR_EXIT("listen"); } struct sockaddr_in peeraddr; socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr); int confd; pid_t pid; while(1) { if((confd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&peeraddr, &peerlen)) < 0) { ERR_EXIT("accept"); } printf("ip = %s, port = %d\n",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peer addr.sin_port)); pid = fork(); if(pid == -1) { ERR_EXIT("fork"); } if(pid == 0) { close(listenfd); do_service(confd); exit(EXIT_SUCCESS); } else { close(confd); } } return 0; }
client.c
#include#include <string.h> #include #include #include in.h> #include #include #define ERR_EXIT(m)\ do\ {\ perror(m);\ exit(EXIT_FAILURE);\ }while(0); ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)//需要将函数的定义也挪过来 { size_t nleft = count; ssize_t nread; char *bufp = (char*)buf; while (nleft > 0) { if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0) { if (errno == EINTR) continue; return -1; } else if (nread == 0) return count - nleft; bufp += nread; nleft -= nread; } return count; } ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count) { size_t nleft = count; ssize_t nwritten; char *bufp = (char*)buf; while (nleft > 0) { if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0) { if (errno == EINTR) continue; return -1; } else if (nwritten == 0) continue; bufp += nwritten; nleft -= nwritten; } return count; } int main(void) { int sockfd; if((sockfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)) < 0) { ERR_EXIT("socket"); } struct sockaddr_in servaddr; memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(5188); servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); /*inet_aton("127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);*/ if (connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) < 0) { ERR_EXIT("connect"); } char sendbuf[1024] = {0}; char recvbuf[1024] = {0}; while(fgets(sendbuf,sizeof(sendbuf),stdin) != NULL) { writen(sockfd,sendbuf,sizeof(sendbuf)); readn(sockfd,recvbuf,sizeof(recvbuf)); fputs(recvbuf,stdout); memset(sendbuf,0,sizeof(sendbuf)); memset(recvbuf,0,sizeof(recvbuf)); } close(sockfd); return 0; }
Makefile
.PHONY: clean all CC=gcc CFLAGE= -G -Wall BIN=server client all:$(BIN) %.o:%.c $(CC) $(cflags) -C $< -O $@ clean: rm -f *.o $(BIN)
每次发送都是1024定长的字节，如果只发送几个字节的内容也会占用这么多字节，这就会增加网络的负担
2、自定义协议
server.c
#include#include <string.h> #include #include #include in.h> #include #include #define ERR_EXIT(m)\ do\ {\ perror(m);\ exit(EXIT_FAILURE);\ }while(0); struct packet { int len; char buf[1024]; }; ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)//读取count个字节数，其中size_t是无符号 的整数，ssize_t是有符号的整数 { size_t nleft = count;//剩余的字节数 printf("nleft = %d\n",nleft); ssize_t nread;//已接收的字节数 char *bufp = (char*)buf; while (nleft > 0) {//由于不能保证一次读操作能够返回字节数是多少，所以需要进行循环来接收 if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0) { if (errno == EINTR)//被信号中断了，则继续执行，因为不是出错 continue; return -1;//表示读取失败了 } else if (nread == 0)//对等方关闭了 return count - nleft;//返回已经读取的字节数 bufp += nread; nleft -= nread; } return count; } ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count) { size_t nleft = count; ssize_t nwritten; char *bufp = (char*)buf; while (nleft > 0) { if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0) if (errno == EINTR) continue; return -1; } else if (nwritten == 0)//如果是这种情况，则表示什么都没发生，继续还得执行 continue; bufp += nwritten; nleft -= nwritten; } return count; } void do_service(int conn) { //char recvbuf[1024]; struct packet recvbuf; int n; while(1) { memset(&recvbuf, 0, sizeof(recvbuf)); int ret=readn(conn,&recvbuf.len,4); if(ret == -1) { ERR_EXIT("read"); } else if(ret < 4) { printf("client close\n"); break; } n = ntohl(recvbuf.len); ret = readn(conn,recvbuf.buf,n); if(ret == -1) { ERR_EXIT("read"); } else if(ret < n) { printf("client close\n"); break; } fputs(recvbuf.buf,stdout); writen(conn,&recvbuf,4+n); } } int main(void) { int listenfd; if((listenfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)) < 0) { ERR_EXIT("socket"); } struct sockaddr_in servaddr; memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(5188); servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /*servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");*/ /*inet_aton("127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);*/ //地址重用 int on=1; if(setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on)) < 0) { ERR_EXIT("setsockopt"); } if(bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) < 0) { ERR_EXIT("bind"); } if(listen(listenfd,SOMAXCONN) < 0) { ERR_EXIT("listen"); } struct sockaddr_in peeraddr; socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr); int confd; pid_t pid; while(1) { if((confd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&peeraddr, &peerlen)) < 0) { ERR_EXIT("accept"); } printf("ip = %s, port = %d\n",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peer addr.sin_port)); pid = fork(); if(pid == -1) { ERR_EXIT("fork"); } if(pid == 0) { close(listenfd); do_service(confd); exit(EXIT_SUCCESS); } else { close(confd); } } return 0; }
client.c
#include#include <string.h> #include #include #include in.h> #include #include #define ERR_EXIT(m)\ do\ {\ perror(m);\ exit(EXIT_FAILURE);\ }while(0); struct packet { int len; char buf[1024]; }; ssize_t readn(int fd, void *buf, size_t count)//需要将函数的定义也挪过来 { size_t nleft = count; ssize_t nread; char *bufp = (char*)buf; while (nleft > 0) { if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0) { if (errno == EINTR) continue; return -1; } else if (nread == 0) return count - nleft; bufp += nread; nleft -= nread; } return count; } ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count) { size_t nleft = count; ssize_t nwritten; char *bufp = (char*)buf; while (nleft > 0) { if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) < 0) { if (errno == EINTR) continue; return -1; } else if (nwritten == 0) continue; bufp += nwritten; nleft -= nwritten; } return count; } int main(void) { int sockfd; if((sockfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)) < 0) { ERR_EXIT("socket"); } struct sockaddr_in servaddr; memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(5188); servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); /*inet_aton("127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);*/ if (connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) < 0) { ERR_EXIT("connect"); } //char sendbuf[1024] = {0}; //char recvbuf[1024] = {0}; struct packet sendbuf; struct packet recvbuf; memset(&sendbuf,0,sizeof(sendbuf)); memset(&recvbuf,0,sizeof(recvbuf)); int n; while(fgets(sendbuf.buf,sizeof(sendbuf.buf),stdin) != NULL) { //writen(sockfd,sendbuf,sizeof(sendbuf)); //readn(sockfd,recvbuf,sizeof(recvbuf)); n =strlen(sendbuf.buf); sendbuf.len = htonl(n);//网络字节序 writen(sockfd,&sendbuf,4+n); int ret = readn(sockfd,&recvbuf.len,4); if(ret == -1) { ERR_EXIT("read"); } else if(ret < 4) { printf("client close\n"); break; } n = ntohl(recvbuf.len); ret = readn(sockfd,recvbuf.buf,n); if(ret == -1) { ERR_EXIT("read"); } else if(ret < n) { printf("client close\n"); break; } fputs(recvbuf.buf,stdout); memset(&sendbuf,0,sizeof(sendbuf)); memset(&recvbuf,0,sizeof(recvbuf)); } close(sockfd); return 0; }
Makefile
.PHONY: clean all CC=gcc CFLAGE= -G -Wall BIN=server client all:$(BIN) %.o:%.c $(CC) $(cflags) -C $< -O $@ clean: rm -f *.o $(BIN)
这样就很好的解决了粘包问题，在局域网中是不可能出现粘包问题的，但是如果将程序放到广域网，如果不处理粘包问题会存在很大问题的。