浅谈TCP/IP协议分层、数据边界问题
一、通信长度
首先要看TCP/IP协议,涉及到四层:链路层、网络层、传输层、应用层。
- 以太网的数据帧在链路层;
- IP包在网络层;
- TCP和UDP包在传输层;
- TCP和UDP中的数据在应用层;
它们的关系是:
以太网的数据帧 { IP包 { TCP或UDP包 { Data } } } }
不同的协议层对数据包有不同的称呼,在传输层叫做段(segment),在网络层叫做数据报(datagram),在链路层叫做帧(frame)。数据封装成帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议在剥掉相应的首部,最后将应用层数据交给应用程序处理。
在应用程序中我们用到的Data的长度最大是多少,直接取决于底层的限制。
我们从下到上分析一下:
1、在链路层,由以太网的物理特性决定了数据帧的长度为(46+18)-(1500+18),其中的18是数据帧的头和尾,也就是说数据帧的内容最大为1500(不包括帧头和帧尾),即MTU(Maximum Transmission Unit)为1500;
2、在网络层,因为IP包的首部要占用20字节,所以这的MTU为1500 - 20 = 1480;
3、在传输层,对于UDP包的首部要占用8字节,所以这的MTU为1480 - 8 = 1472;
所以在应用层,你的Data最大长度为1472。当我们的UDP包中的数据多余MTU(1472)时,发送方的IP层需要分片fragmentation进行传输,而在接收方IP层则需要进行数据报重组,由于UDP是不可靠的传输协议,如果分片丢失导致重组失败,将导致UDP数据包被丢弃。
从上面的分析来看,在普通的局域网环境下,UDP的数据最大为1472字节最好(避免分片重组)。
但在网络编程中,Internet中的路由器可能设置成不同的值(小于默认值),Internet上的标准MTU是576,所以Internet的UDP编程时数据长度最好在576 - 20 - 8 = 548直接以内。
send()函数返回了实际发送的长度,在网络不断的情况下,它绝不会反悔错误,最多就是返回0。对TCP你可以写一个循环发送。当send函数返回SOCKET_ERROR时,才标志着有错误。但对于UDP,你不要写循环发送,否则将给你的接收带来极大的麻烦。所以UDP需要用SetSocketOpt来改变socket内部的buffer大小,改为能容纳你的发包。明确一点,TCP作为流,发包是不会整包到达的,而是源源不断的到达,那接收方就必须组包。而UDP作为消息或数据报,它一定是整包到达接收方。
二、关于接收
一般发包都是有包边界的,首要的就是你这个包的长度让接收方知道,于是就有了包头信息,对于TCP,接收方先收到这个包头信息,然后再接收包数据,一次收齐整个包也可以;UDP,整包接收;如果你提供的接收buffer过小,TCP将返回实际接收的长度,余下的还可以收;而UDP不同的是,余下的数据被丢弃并返回WSAEMSGSIZE错误。注意TCP,要是你提供的buffer很大,那么可能收到的就是多个发包,你必须分离他们,还有就是buffer太小,而一次收不完Socket内部的数据,那么Socket接收事件(OnReceive),可能不会再触发,使用事件方式进行接收时,密切注意这点。这些特性就是体现了流和数据包的区别。
接收BuffSize >= 发送BuffSize >= 实际发送Size。
三、接收数据的阻塞问题
1、TCP
如果没有数据,阻塞Socket就会等,直到有数;
非阻塞Socket返回WSAEWOULDBLOCK;
如果有数据,有多少就收多少。
2、UDP
如果没有数据,阻塞Socket就会等;
非阻塞Socket返回WSAEWOULDBLOCK;
如果有数据,它是会等整个发包到齐,并接收到整个发包,才返回。