Socket分包，封包，粘包

Posted 2021-04-25 C程序技术栈

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一、简单了解TCP

二、为什么要分包？

    这里的分包我表示的是两层意思，第一层意思：比如我们定义每一次发送的数据大小为8k（因为在真正的项目编程中基本都是要进行封装的，所以发送的大小基本固定），那如果我们要发送一个25k的数据，我们是不是得分成8+8+8+1四个包发送，前三个包都是8k，最后一个包是小于8k；第二层意思：我记得在大一的计算机网络中讲过，TCP是以段（Segment）为单位发送数据的,建立TCP链接后,有一个最大消息长度（MSS）.如果应用层数据包超过MSS,就会把应用层数据包拆分,分成两个段来发送.这个时候接收端的应用层就要拼接这两个TCP包，才能正确处理数据。相关的,路由器有一个MTU（ 最大传输单元）一般是1500字节,除去IP头部20字节,留给TCP的就只有MTU-20字节。所以一般TCP的MSS为MTU-20=1460字节，当应用层数据超过1460字节时,TCP会分多个数据包来发送。

但第二层意思（TCP会根据消息长度自动分包）的分包会有很几种情况。

情况一：分两次发送，第一次发送的数据包含第二个包的包信息。

情况二：第一次发送和第二次发送正好是两个包的大小

情况三：第一次发送的信息大小 < 第一个包的大小，第二次发送的消息 > 第二个包的大小（包含第一个包一部分消息）

三、为什么要进行粘包？

    这里的粘包也对应上面的两层分包意思，第一层粘包是把自定义分开发送的数据（8+8+8+1）重新粘在一起组成25k的原数据。第二层粘包是由于TCP数据段在发送的时候超过MSS，协议会自动的分包，所以也得把它粘起来组成一个完整的包。解析出我们正确想要的数据。

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我狠话不多，反正上面噼里啪啦一大堆了，我们接下来开始实战了。

四、发送TCP数据包的格式（怎么分包）

而最重要的是头部，我们把我们需要用到的一些字段信息存放在头部发送过去，方便接收端进行接收。这里我就写简单一点，头部我存放的是总包数（比如25k的包就分成8+8+8+1，也就是总包数为4），但这三个8k的数据是略小于8k的，因为是一个包（头部+数据），还含有头部大小。该包序号：记录当前包是第几个包。该包大小：方便接收端判断是否已经接收数据完成。

（头部所有字段都是int类型）

所以我们可以自定义成4个包：

五、怎么粘包

    我们先处理TCP自己分的包粘在一起，我们先将recv接受的数据appand添加到string类型的变量，然后判断string变量的长度和头部中的包大小进行比较，如果string变量的长度大于或等于包大小，说明该包已经接收完，就进行处理。如果小于则不做处理。

    然后再处理我们自己分的包，如果头部的当前包序号等于总包数，说明这个包是最后一个包了，否则也添加到一个string变量里。

六、代码演示

    

    小编只是简单的做一下分包的粘包的代码演示，不涉及太难得逻辑，服务端只处理粘包，客户端只分包。

服务端：

#include<iostream>#include<winsock.h>#include <string>#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")#define BUFFER_SIZE 8*1024using namespace std;void initialization();int main() {
 int send_len = 0; int recv_len = 0; int len = 0; SOCKET s_server; SOCKET s_accept; SOCKADDR_IN server_addr; SOCKADDR_IN accept_addr;
 initialization(); server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); server_addr.sin_port = htons(8888);
 s_server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (bind(s_server, (SOCKADDR *)&server_addr, sizeof(SOCKADDR)) == SOCKET_ERROR)  { cout << "Bind Error : "<<GetLastError() << endl; WSACleanup(); return 0; }
 if (listen(s_server, SOMAXCONN) < 0)  { cout << "Listen Error : " << GetLastError() << endl; WSACleanup(); return 0; }
 cout << "Listen port : 8888 ..." << endl;
 len = sizeof(SOCKADDR); s_accept = accept(s_server, (SOCKADDR *)&accept_addr, &len); if (s_accept == SOCKET_ERROR) { cout << "Accept Error : "<<GetLastError() << endl; WSACleanup(); return 0; }
 //Recv Buffer char* recvBuffer = new char[BUFFER_SIZE]; string stringRecvData;  string TotalData;
 while (1) { ::memset(recvBuffer, 0, BUFFER_SIZE); recv_len = recv(s_accept, recvBuffer, BUFFER_SIZE, 0); if (recv_len < 0)  { cout << "Client Out!" << endl; break; } else  { //将recv接受的数据appand添加到string类型的变量 stringRecvData.append(recvBuffer, recv_len); int TotalCount = 0; //总包数 int CurrentNum = 0;//当前序号 int DataLen = 0;//该包大小 ::memcpy(&TotalCount, stringRecvData.c_str(), sizeof(int)); ::memcpy(&CurrentNum, stringRecvData.c_str()+ sizeof(int), sizeof(int)); ::memcpy(&DataLen, stringRecvData.c_str()+ sizeof(int)+ sizeof(int), sizeof(int)); //判断string变量的长度和头部中的包大小进行比较 //如果string变量的长度大于或等于包大小，说明该包已经接收完，就进行处理 if (stringRecvData.length() > DataLen || stringRecvData.length() == DataLen) { //得到该包的数据 string PacketData(stringRecvData.c_str() + sizeof(int)*3,DataLen - sizeof(int) * 3); //sizeof(int) * 3是头部大小
 TotalData.append(PacketData);
 std::cout << "TotalCount:"<< TotalCount << std::endl; std::cout << "CurrentNum:"<< CurrentNum << std::endl; std::cout << "PacketData Len:" << PacketData.length() << std::endl;
 //开始处理我们自个分的包 //如果头部的当前包序号等于总包数，说明这个包是最后一个包了 if (CurrentNum==TotalCount) { std::cout << "Total Data Len:" << TotalData.length() << std::endl; TotalData.clear(); }
 stringRecvData = stringRecvData.substr(DataLen, stringRecvData.length() - DataLen);//处理完一个包就删除该包 }
 }
 } delete[]recvBuffer; recvBuffer = NULL; closesocket(s_server); closesocket(s_accept); WSACleanup(); return 0;}void initialization() { WORD w_req = MAKEWORD(2, 2); WSADATA wsadata; WSAStartup(w_req, &wsadata);}

客户端：

#include<iostream>#include<winsock.h>#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")using namespace std;void initialization();int main() { int send_len = 0; int recv_len = 0;
 SOCKET s_server; SOCKADDR_IN server_addr; initialization(); server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1"); server_addr.sin_port = htons(8888); s_server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (connect(s_server, (SOCKADDR *)&server_addr, sizeof(SOCKADDR)) == SOCKET_ERROR) { cout << "服务器连接失败！" << endl; WSACleanup(); return 0; }
 //发送的数据 string senStr = "lkrtlksdrtklsdtldytsdrhtlkdfhtgg9845e45y698aep057ersitgldrsgtlzdtgidlftvodfghslidtidlksdterp35df3g7df34gir694904e57969694756"; senStr = senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr; senStr = senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr + senStr; senStr = senStr + senStr;

 //加那么多遍是为了让数据长度够我们分包 std::cout<< "Send Data Lenght : "<<senStr.length() << std::endl; //计算总包数 int TotalCount = ceil(senStr.length()/((double)(8192-sizeof(int)*3))); //总包数
 //如果只有一个包 if (TotalCount==1) { int CurrentNum = 1;//当前序号 int DataLen = senStr.length()+sizeof(int)*3;//该包大小  char* sendBuffer = new char[DataLen]; memset(sendBuffer, 0, DataLen); memcpy(sendBuffer, &TotalCount, sizeof(int)); memcpy(sendBuffer+ sizeof(int), &CurrentNum, sizeof(int)); memcpy(sendBuffer+ sizeof(int)+ sizeof(int), &DataLen, sizeof(int)); memcpy(sendBuffer+ sizeof(int)+ sizeof(int)+ sizeof(int), senStr.c_str(), senStr.length()); send(s_server, sendBuffer, DataLen, 0); delete[]sendBuffer;  sendBuffer = NULL; } //否则进行分包 else { string sendStr; for (int i = 1; i < TotalCount + 1; i++) { int CurrentNum = i;//当前序号 //最后一个包 if (i==TotalCount) { sendStr = senStr.substr((i - 1)*(8192 - sizeof(int)), senStr.length()- (i - 1)*(8192 - sizeof(int))); } else { sendStr = senStr.substr((i - 1)*(8192 - sizeof(int)), 8192 - sizeof(int));
 }
 int DataLen = sendStr.length() + sizeof(int) * 3;
 std::cout << "TotalCount:" << TotalCount << std::endl; std::cout << "CurrentNum:" << CurrentNum << std::endl; std::cout << "PacketData Len:" << sendStr.length() << std::endl;
  char* sendBuffer = new char[DataLen]; memset(sendBuffer, 0, DataLen); memcpy(sendBuffer, &TotalCount, sizeof(int)); memcpy(sendBuffer + sizeof(int), &CurrentNum, sizeof(int)); memcpy(sendBuffer + sizeof(int) + sizeof(int), &DataLen, sizeof(int)); memcpy(sendBuffer + sizeof(int) + sizeof(int) + sizeof(int), sendStr.c_str(), sendStr.length()); send(s_server, sendBuffer, DataLen, 0); delete[]sendBuffer; sendBuffer = NULL; sendStr.clear(); Sleep(10); } } 
 closesocket(s_server); WSACleanup();
 while (true) {
 } return 0;}void initialization() {
 WORD w_req = MAKEWORD(2, 2); WSADATA wsadata; WSAStartup(w_req, &wsadata);

}

演示结果：

发送30008byte大小的数据，分成四个包发送，服务端也能正常的接收！

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