TCP 粘包原理

导语：
    TCP 粘包原理。

总结

• TCP 面向字节流的数据传输方式
• 接收端根据需要在消息里加上识别消息边界的信息。不加就可能出现粘包问题。
• TCP 粘包跟Nagle算法有关系，但关闭 Nagle 算法并不解决粘包问题。
• UDP 是基于数据报的传输协议，不会有粘包问题。
• IP 层也切片，但是因为不关心消息里有啥，因此有不会有粘包问题。
• TCP 发送端可以发 10 次字节流数据，接收端可以分 100 次去取；UDP 发送端发了 10 次数据报，那接收端就要在 10 次收完。

正文

四层网络协议，应用层、传输层、网络层、接口层。消息再每进入一层时，都会多加一个报头。这个报头记录着消息从哪来，到哪去，以及消息多长等消息。 再从消息发到网络的时候给消息带上报头，消息在复杂的网络种通过这些信息在路由器间流转，最后到达目的机器上，接受者再通过这些报头，一步步还原出发送者最原始要发送的消息。 应用层是消息本身，传输层是 TCP 头部，网络层是 IP 头部，网络接口层是 MAC 头部。

软件是属于应用层上的，而消息再进入传输层时使用的是传输层上的 TCP 协议。消息再进入传输层时会被切片为一个个数据包。这个数据包的长度是 MSS。把网络比喻成一个水管，它是有一定的粗细的，这个粗细由网络接口层，即数据链路层提供给网络层，一般认为是 MTU, 直接传入整个消息，会超过水管的最大承受范围，那么就需要进行切片，成为一个个数据包，这样消息才能正常通过水管。

MTU MSS 的区别 MTU Maximum Transmit Unit 最大传输单元。由数据链路层提供给网络层最大一次传输数据的大小，一般 MTU = 1500 Byte. 假设 IP 层由 <= 1500 byte 需要发送，只需要一个 IP 包就可以完成发送任务；假设 IP 层有 > 1500 byte数据需要发送，需要分片才能完成发送，分片后的 IP Header ID 相同。 MSS Maximum Segment Size. TCP 提交给 IP 层最大分段大小，不包含 TCP Header 和 TCP Option， 只包含 TCP Payload， MSS 是 TCP 用来限制应用层最大的发送字节数。 Payload 有效载荷。 假设 MTU = 1500 Byte，那么 MSS = 1500-20-20=1460 byte，如果应用层 2000 byte 发送，那么需要两个切片才能完成发送，第一个 TCP 切片 = 1460，第二个 TCP 切片 = 540.

什么是粘包 在网络传输过程中，分片传输时，切分时的分段与预期不符合。

TCP 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

字节流可以理解为一个双向的通道里流淌的数据，这个数据其实就是我们常说的二进制数据，简单来说就是一大堆01串。这些01串之间没有任何边界。 应用层传到 TCP 协议的数据，不是以消息报为单位向目的主机发送，二十以字节流的方式发送到下游，这些数据可能被切割和组装成各种数据包，接收端收到这些数据包后没有正确还原原来的消息，因此出现粘包现象。

nagle 算法，目的是为了避免发送小的数据包。

UDP

基于数据包是指无论应用层交给 UDP 多长的报文， UDP 都照样发送，即一次发送一个报文。如果数据包太长，需要分片，那也是 IP 层的事情。UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。而接收方在接受数据报的时候，也不会像面对 TCP 的二进制流那样不知道何时结束。

TCP 发送端发 10 次字节流数据，而这时候接收端可以分 100 次去取数据，每次取数据的长度可以根据处理能力做调整；但 UDP 发送端发了 10 次数据报，那接收端就要在 10 次收完，且发了多少，就取多少，确保每次都是一个完整的数据报。

在报头中有 16bit 用于指示 UDP 数据报文的长度，假设这个长度是 n，以此作为数据边界。 因此在接收端的应用层能清晰地将不同的数据报文区分开，从报头开始取 n 位，就是一个完整的数据报。

TCP 发送端在发的时候不保证发的是一个完整的数据报。

接收端收到时知道长度也没用，因为它可能是完整消息的一部分。

IP 层没有粘包问题， 如果消息过长， IP 层会按 MTU 长度把消息分成 N 个切片，每个切片带有自身在包里的位置和同样的IP头信息。

各个切片在网络中进行传输，每个数据报切片可以在不同的路由中流转，然后再最后的重点汇合后再组装。

再接收端收到第一个切片包时会申请一块新内存，创建 IP 包的数据结构，等待其他切片分包数据到位。

等消息全部到位后把整个消息包给到上层进行处理。