c++理论篇(一) ——浅谈tcp缓存与tcp的分包与粘包

介绍

在网络通讯中,Linux系统为每一个socket创建了接收缓冲区与发送缓冲区,对于TCP协议来说,这两个缓冲区是必须的.应用程序在调用send/recv函数时,Linux内核会把数据从应用进程拷贝到socket的发送缓冲区中,应用程序在调用recv/read函数时,内核把接收缓冲区中的数据拷贝到应用进程的接收缓冲区中.
在这里插入图片描述

我们也可以查看socke缓冲区的大小:

int bufsize=0;
socket_t optlen=sizeof(bufsize);
getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,&bufsize,(socklen_t*)&optlen); //获取发送缓冲区大小
cout<<"send buffer size:"<<bufsize<<endl; //打印

getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&bufsize,(socklen_t*)&optlen); //获取接收缓冲区大小
cout<<"recv buffer size:"<<bufsize<<endl; //打印

一些思考

send函数会阻塞吗
会，如果发送端的发送缓冲区与接收端的接收缓冲区已满，那么send函数会阻塞，直到缓冲区有空闲位置。
向socket发送数据后，如果关闭socket，对端会接收到数据吗
会，因为socket缓冲区是双向的，发送端和接收端都会缓冲数据

Nagle算法

前言

在TCP协议中，无论发送多少数据，都要在数据前面加上协议头，同时，对方收到数据后，也需要回复ACK表示确认。为了尽可能的利用网络带宽，TCP希望每次都能够以MSS（Maximum Segment Size，最大报文长度）的数据块来发送数据。

Nagle算法的目的

Nagle算法就是为了尽可能发送大块的数据，避免网络中充斥着小数据块。

Nagle算法的工作原理

Nagle算法的定义是：任意时刻，最多只能有一个未被确认的小段，小段是指小于MSS的数据块，未被确认是指一个数据块发送出去后，没有收到对端回复的ACK。
举个例子：发送端调用send()函数将一个int型数据（称之为A数据块）写入到socket中，A数据块会被马上发送到接收端，接着，发送端又调用send()函数写入一个int型数据（称之为B数据块），这时候，A块的ACK没有返回（已经存在了一个未被确认的小段），所以B块不会立即被发送，而是等A块的ACK返回之后（大概40ms）才发送。

ACK延迟机制

TCP协议中不仅仅有Nagle算法，还有一个ACK延迟机制：当接收端收到数据之后，并不会马上向发送端回复ACK，而是延迟40ms后再回复，它希望在40ms内接收端会向发送端回复应答数据，这样ACK就可以和应答数据一起发送，把ACK捎带过去。

Nagle的缺点与解决方案

如果TCP连接的一端启用了Nagle算法，另一端启用了ACK延时机制，而发送的数据包又比较小，则可能会出现这样的情况：发送端在等待上一个包的ACK，而接收端正好延迟了此ACK，那么这个正要被发送的包就会延迟40ms。
解决方案
开启TCP_NODELAY选项，这个选项的作用就是禁用Nagle算法。

#include <netinet/tcp.h>   // 注意，要包含这个头文件。
int opt = 1;   
setsockopt(sockfd, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY,&opt,sizeof(opt));

对时效要求很高的系统，例如联机游戏、证券交易，一般会禁用Nagle算法。

Tcp的分包与粘包

分包:tcp报文的大小缺省是1460字节，如果发送缓冲区中的数据超出了1460字节，那么Tcp将会拆分多个包来发送，如果接收方及时从接收缓冲区中取走了数据，看起来就像是接收了多个报文。
粘包:tcp接收到数据后，有序的放在缓冲区中,由于数据与数据之间不存在分隔符的说法，如果接收方没有及时的从缓冲区中取走数据，看起来就会和粘起来一样。