Openssl数据安全传输平台006：粘包的处理-代码框架及实现-TcpSocket.cpp

0. 代码仓库

https://github.com/Chufeng-Jiang/OpenSSL_Secure_Data_Transmission_Platform

1. TCP通信粘包问题

tcp是以流动的方式传输数据，没有边界的一段数据。像打开自来水管一样，连成一片，没有边界。传输的最小单位为一个报 文段（segment）。

tcp Header中有个Options标识位，常见的标识为mss(Maximum Segment Size)指的是：连接层每次传输的数据有个最大限制MTU(Maximum Transmission Unit)，一般是1500比特，超过这个量要分成多个报文段，mss则是这个最大限制减去TCP的header，光是要传输的数据的大小，一般为1460比特。换算成字节， 也就是180多字节。

tcp为提高性能，发送端会将需要发送的数据发送到缓冲区，等待缓冲区满了之后，再将缓冲中的数据发送到接收方。 同理，接收方也有缓冲区这样的机制，来接收数据。

发现，如果客户端连续不断的向服务端发送数据包时，服务端接收的数据会出现两个数据包粘在一起的情况，这就是TCP协议中经常会遇到的粘包以及拆包的问题。

2. 粘包、拆包表现形式

现在假设客户端向服务端连续发送了两个数据包，用packet1和packet2来表示，那么服务端收到的数据可以分为三种，现列举如下：

2.1 正常情况

第一种情况，接收端正常收到两个数据包，即没有发生拆包和粘包的现象，此种情况不在本文的讨论范围内。

2.2 两个包合并成一个包

第二种情况，接收端只收到一个数据包，由于TCP是不会出现丢包的，所以这一个数据包中包含了发送端发送的两个数据包的信息，这种现象即为粘包。这种情况由于接收端不知道这两个数据包的界限，所以对于接收端来说很难处理。

2.3 出现了拆包

第三种情况，这种情况有两种表现形式，如下图。接收端收到了两个数据包，但是这两个数据包要么是不完整的，要么就是多出来一块，这种情况即发生了拆包和粘包。

3. 粘包的处理-参考仓库中的文件TcpSocket.cpp

3.1 发送数据时候的处理

添加4个字节的数据头，存储数据块的长度。

dataLen为发送原始数据的长度，在此基础上添加4个字节的长度，并开辟netdata空间用来存储数据。

int dataLen = sendData.size() + 4;
unsigned char *netdata = (unsigned char *)malloc(dataLen);

在发送的时候，需要从主机字节序转换为网络字节序。

• 先求将原始数据转换成网络字节序的长度大小
  int netlen = htonl(sendData.size());

• 再将原始数据的长度，拷贝到开辟的空间netdata前4个位置
  memcpy(netdata, &netlen, 4);

• 最后将原始数据内容拷贝到开辟的空间netdata中第4个字节以后的位置
  memcpy(netdata + 4, sendData.data(), sendData.size());

int TcpSocket::sendMsg(string sendData, int timeout)
{
	// 返回0->没超时, 返回-1->超时
	int ret = writeTimeout(timeout);
	if (ret == 0)
	{
		int writed = 0;
		int dataLen = sendData.size() + 4;
		// 添加的4字节作为数据头, 存储数据块长度
		unsigned char *netdata = (unsigned char *)malloc(dataLen);
		if (netdata == NULL)
		{
			ret = MallocError;
			printf("func sckClient_send() mlloc Err:%d\n ", ret);
			return ret;
		}
		// 转换为网络字节序
		int netlen = htonl(sendData.size());
		memcpy(netdata, &netlen, 4);
		memcpy(netdata + 4, sendData.data(), sendData.size());

		// 没问题返回发送的实际字节数, 应该 == 第二个参数: dataLen
		// 失败返回: -1
		writed = writen(netdata, dataLen);
		......
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3.2 接收数据时候的处理

• 先读包头的4个字节并转换成主机字节序，就知道报文有多长。
  readn函数用于读取网络字节流的文件到缓存netdatalen空间中
  ret = readn(&netdatalen, 4); //读包头 4个字节
  int n = ntohl(netdatalen);

• 根据包头中记录的数据大小申请内存, 接收数据，添加一个‘\0’结束符
  char* tmpBuf = (char *)malloc(n + 1);

• 根据长度读数据
  ret = readn(tmpBuf, n);

string TcpSocket::recvMsg(int timeout)
{
	// 返回0 -> 没超时就接收到了数据, -1, 超时或有异常
	int ret = readTimeout(timeout); 
	if (ret != 0)
	{
		if (ret == -1 || errno == ETIMEDOUT)
		{
			printf("readTimeout(timeout) err: TimeoutError \n");
			return string();
		}
		else
		{
			printf("readTimeout(timeout) err: %d \n", ret);
			return string();
		}
	}

	int netdatalen = 0;
	ret = readn(&netdatalen, 4); //读包头 4个字节
	if (ret == -1)
	{
		printf("func readn() err:%d \n", ret);
		return string();
	}
	else if (ret < 4)
	{
		printf("func readn() err peer closed:%d \n", ret);
		return string();
	}

	int n = ntohl(netdatalen);
	// 根据包头中记录的数据大小申请内存, 接收数据
	char* tmpBuf = (char *)malloc(n + 1);
	if (tmpBuf == NULL)
	{
		ret = MallocError;
		printf("malloc() err \n");
		return NULL;
	}

	ret = readn(tmpBuf, n); //根据长度读数据
	if (ret == -1)
	{
		printf("func readn() err:%d \n", ret);
		return string();
	}
	else if (ret < n)
	{
		printf("func readn() err peer closed:%d \n", ret);
		return string();
	}

	tmpBuf[n] = '\0'; //多分配一个字节内容，兼容可见字符串 字符串的真实长度仍然为n
	string data = string(tmpBuf);
	// 释放内存
	free(tmpBuf);

	return data;
}
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