TCP和UDP的"保护消息边界" 机制

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在socket网络程序中，TCP和UDP分别是面向连接和非面向连接的。因此TCP的socket编程，收发两端（客户端和服务器端）都要有一一成对的socket，因此，发送端为了将多个发往接收端的包，更有效的发到对方，使用了优化方法（Nagle算法），将多次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。

对于UDP，不会使用块的合并优化算法，这样，实际上目前认为，是由于UDP支持的是一对多的模式，所以接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每一个到达的UDP包，在每个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来说，就容易进行区分处理了

保护[b]消息边界和流[/b]

那么什么是保护消息边界和流呢?

保护消息边界，就是指传输协议把数据当作一条独立的消息在网上 传输,接收端只能接收独立的消息.也就是说存在保护消息边界,接收

端一次只能接收发送端发出的一个数据包.

而面向流则是指无保护消息保护边界的,如果发送端连续发送数据, 接收端有可能在一次接收动作中,会接收两个或者更多的数据包.

我们举个例子来说,例如,我们连续发送三个数据包,大小分别是2k, 4k , 8k,这三个数据包,都已经到达了接收端的网络堆栈中,如果使

用[b]UDP[/b]协议,不管我们使用多大的接收缓冲区去接收数据,我们必须有 三次接收动作,才能够把所有的数据包接收完.而使用TCP协议,我们

只要把接收的缓冲区大小设置在14k以上,我们就能够一次把所有的 数据包接收下来.只需要有一次接收动作.

这就是因为[b]UDP[/b]协议的保护消息边界使得每一个消息都是独立的.而 流传输,却把数据当作一串数据流,他不认为数据是一个一个的消息.

所以有很多人在使用tcp协议通讯的时候,并不清楚tcp是基于流的 传输,当连续发送数据的时候,他们时常会认识tcp会丢包.其实不然,

因为当他们使用的缓冲区足够大时,他们有可能会一次接收到两个甚 至更多的数据包,而很多人往往会忽视这一点,只解析检查了第一个

数据包,而已经接收的其他数据包却被忽略了.所以大家如果要作这 类的网络编程的时候,必须要注意这一点.

结论：

根据以上所说，可以这样理解，TCP为了保证可靠传输，尽量减少额外开销（每次发包都要验证），因此采用了流式传输，面向流的传输，

相对于面向消息的传输，可以减少发送包的数量。从而减少了额外开销。但是，对于数据传输频繁的程序来讲，使用TCP可能会容易粘包。

当然，对接收端的程序来讲，如果机器负荷很重，也会在接收缓冲里粘包。这样，就需要接收端额外拆包，增加了工作量。因此，这个特

别适合的是数据要求可靠传输，但是不需要太频繁传输的场合（两次操作间隔100ms，具体是由TCP等待发送间隔决定的，取决于内核

中的socket的写法）

而UDP，由于面向的是消息传输，它把所有接收到的消息都挂接到缓冲区的接受队列中，因此，它对于数据的提取分离就更加方便，但是，

它没有粘包机制，因此，当发送数据量较小的时候，就会发生数据包有效载荷较小的情况，也会增加多次发送的系统发送开销（系统调用，

写硬件等）和接收开销。因此，应该最好设置一个比较合适的数据包的包长，来进行UDP数据的发送。（UDP最大载荷为1472，因此最好能

每次传输接近这个数的数据量，这特别适合于视频，音频等大块数据的发送，同时，通过减少握手来保证流媒体的实时性）

======附上另外一篇技术文章===

TCP无保护消息边界的解决

针对这个问题，一般有3种解决方案：

(1)发送固定长度的消息

(2)把消息的尺寸与消息一块发送

(3)使用特殊标记来区分消息间隔

下面我们主要分析下前两种方法：

1、发送固定长度的消息

这种方法的好处是他非常容易，而且只要指定好消息的长度，没有遗漏未未发的数据，我们重写了一个SendMessage方法。代码如下：

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;

}

简要分析一下这个函数：形参s是进行通信的套接字，msg即待发送的字节数组。该方法使用while循环检查是否还有数据未发送，尤其当发送一个很庞大的数据包，在不能一次性发完的情况下作用比较明显。特别的，用sent来记录实际发送的数据量，和recv是异曲同工的作用，最后返回发送的实际数据总数。

有sentMessage函数后，还要根据指定的消息长度来设计一个新的Recive方法。代码如下：

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;

}

以上这种做法比较适合于消息长度不是很长的情况。

2、消息长度与消息一同发送

我们可以这样做：通过使用消息的整形数值来表示消息的实际大小，所以要把整形数转换为字节类型。下面是发送变长消息的SendMessage方法。具体代码如下：

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];

//将消息尺寸从整形转换成可以发送的字节型

msgsize = BitConverter.GetBytes(size);

//发送消息的长度信息

sent = s.Send(size);

while (dataleft > 0)

{

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

//设置偏移量

offset += sent;

dataleft -= sent;

}

return offset;

}

下面是接收变长消息的ReciveVarMessage方法。代码如下：

private byte[] ReciveVarMessage(Socket s)

{

int offset = 0;

int recv;

byte[] msgsize = new byte[2];

//将字节数组的消息长度信息转换为整形

int size = BitConverter.ToInt16(msgsize);

int dataleft = size;

byte[] msg = new byte[size];

//接收2个字节大小的长度信息

recv = s.Receive(msgsize, 0, 2, 0);

while (dataleft > 0)

{

//接收数据

recv = s.Receive(msg, offset, dataleft, 0);

if (recv == 0)

{

break;

}

offset += recv;

dataleft -= recv;

}

return msg;

}