• TCP协议的粘包问题(数据的无边界性)

    上节我们讲到了socket缓冲区和数据的传递过程,可以看到数据的接收和发送是无关的,read()/recv() 函数不管数据发送了多少次,都会尽可能多的接收数据。也就是说,read()/recv() 和 write()/send() 的执行次数可能不同。

    例如,write()/send() 重复执行三次,每次都发送字符串"abc",那么目标机器上的 read()/recv() 可能分三次接收,每次都接收"abc";也可能分两次接收,第一次接收"abcab",第二次接收"cabc";也可能一次就接收到字符串"abcabcabc"。

    假设我们希望客户端每次发送一位学生的学号,让服务器端返回该学生的姓名、住址、成绩等信息,这时候可能就会出现问题,服务器端不能区分学生的学号。例如第一次发送 1,第二次发送 3,服务器可能当成 13 来处理,返回的信息显然是错误的。

    这就是数据的“粘包”问题,客户端发送的多个数据包被当做一个数据包接收。也称数据的无边界性,read()/recv() 函数不知道数据包的开始或结束标志(实际上也没有任何开始或结束标志),只把它们当做连续的数据流来处理。

    下面的代码演示了粘包问题,客户端连续三次向服务器端发送数据,服务器端却一次性接收到所有数据。

    服务器端代码 server.cpp:

    #include <stdio.h>
    #include <windows.h>
    #pragma comment (lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll
    
    #define BUF_SIZE 100
    
    int main(){
        WSADATA wsaData;
        WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
    
        //创建套接字
        SOCKET servSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
        //绑定套接字
        struct sockaddr_in sockAddr;
        memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每个字节都用0填充
        sockAddr.sin_family = PF_INET;  //使用IPv4地址
        sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址
        sockAddr.sin_port = htons(1234);  //端口
        bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));
    
        //进入监听状态
        listen(servSock, 20);
    
        //接收客户端请求
        SOCKADDR clntAddr;
        int nSize = sizeof(SOCKADDR);
        char buffer[BUF_SIZE] = {0};  //缓冲区
        SOCKET clntSock = accept(servSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &nSize);
    
        Sleep(10000);  //注意这里,让程序暂停10秒
    
        //接收客户端发来的数据,并原样返回
        int recvLen = recv(clntSock, buffer, BUF_SIZE, 0);
        send(clntSock, buffer, recvLen, 0);
    
        //关闭套接字并终止DLL的使用
        closesocket(clntSock);
        closesocket(servSock);
        WSACleanup();
    
        return 0;
    }

    客户端代码 client.cpp:

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <WinSock2.h>
    #include <windows.h>
    #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll
    
    #define BUF_SIZE 100
    
    int main(){
        //初始化DLL
        WSADATA wsaData;
        WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
    
        //向服务器发起请求
        struct sockaddr_in sockAddr;
        memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每个字节都用0填充
        sockAddr.sin_family = PF_INET;
        sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
        sockAddr.sin_port = htons(1234);
    
        //创建套接字
        SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
        connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));
    
        //获取用户输入的字符串并发送给服务器
        char bufSend[BUF_SIZE] = {0};
        printf("Input a string: ");
        gets(bufSend);
        for(int i=0; i<3; i++){
            send(sock, bufSend, strlen(bufSend), 0);
        }
        //接收服务器传回的数据
        char bufRecv[BUF_SIZE] = {0};
        recv(sock, bufRecv, BUF_SIZE, 0);
        //输出接收到的数据
        printf("Message form server: %s\n", bufRecv);
    
        closesocket(sock);  //关闭套接字
        WSACleanup();  //终止使用 DLL
    
        system("pause");
        return 0;
    }

    先运行 server,再运行 client,并在10秒内输入字符串"abc",再等数秒,服务器就会返回数据。运行结果如下:
    Input a string: abc
    Message form server: abcabcabc

    本程序的关键是 server.cpp 第31行的代码Sleep(10000);,它让程序暂停执行10秒。在这段时间内,client 连续三次发送字符串"abc",由于 server 被阻塞,数据只能堆积在缓冲区中,10秒后,server 开始运行,从缓冲区中一次性读出所有积压的数据,并返回给客户端。

    另外还需要说明的是 client.cpp 第34行代码。client 执行到 recv() 函数,由于输入缓冲区中没有数据,所以会被阻塞,直到10秒后 server 传回数据才开始执行。用户看到的直观效果就是,client 暂停一段时间才输出 server 返回的结果。

    client 的 send() 发送了三个数据包,而 server 的 recv() 却只接收到一个数据包,这很好的说明了数据的粘包问题。

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