Netty权威指南——基础篇4 网络通信基础

1 TCP粘包/拆包

        TCP是个“流”协议，所谓流，就是没有界限的一串数字。可以想象河里流水，是连成一片的，其间没有分界线。TCP底层并不了解上层业务数据的具体含义，它会根据TCP缓冲区的实际情况进行包的划分，一个完整的包可能会被TCP拆分成多个包进行发送，也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送，这就是所谓的粘包和拆包。

1.1 粘包/拆包问题说明

        可以通过图解对TCP粘包和拆包问题进行说明，粘包问题示例如下图：

        假设客户端分别发送了两个数据包D1和D2给服务端，由于服务端一次读取的字节数是不确定的，因此可能存在以下四种情况。

        1、服务端分两次读取到了两个独立的数据包，分别是D1和D2，没有粘包和拆包。

        2、服务端一次接收到了两个数据包，D1和D2粘合在一起，被称为TCP粘包。

        3、服务端分两次读取到了两个数据包，第一次读取了完整的D1和D2包的部分内容，第二次读取到了D2包剩下的内容，被称为TCP拆包。

        4、服务端分两次读取到了两个数据包，第一次读取了D1包的部分内容，第二次读取了D1包剩下的内容和D2包的完整包。

        如果此时服务端TCP接收滑窗非常小，而数据包D1和D2比较大，有可能发生第五种情况，即服务端分多次才能将D1和D2全部接收，期间发生多次拆包。

1.2 TCP粘包/拆包发生的原因

        1、应用程序write写入的字节大小大于套接口发送缓冲区大小。

        2、进行MSS大小的TCP分段。

        3、以太网帧的payload大于MTU进行IP分片。

        如下图

 

1.3 粘包问题的解决策略

        由于底层的TCP无法理解上层的业务数据，所以在底层是无法保证数据包不被拆分和重组的，这个问题只能通过上层的应用协议栈设计来解决，根据业界的主流协议的解决方案，归纳如下：

        1、消息定长，例如每个报文的长度大小为固定长度200字节，如果不够，空位补空格。

        2、在包尾增加回车换行符进行分割，例如FTP协议。

        3、将消息分为消息头和消息体，消息头包含表示消息总长度的字段，通常设计思路为消息头的第一个字段使用int32来表示消息的总长度。

        4、更复杂的应用层协议。 

2 网络通信原理

2.1 网络基础架构

2.1.1 C/S信息传输流程

        完成一次网络通信，大致要经过以下五个步骤：

        1、客户端产生数据，存在于客户端应用的内存中，然后调用接口将自己内存中的数据发送/拷贝给操作系统内存。

        2、客户端操作系统收到数据后，按照客户端应用指定的规则（协议），调用网卡并发送数据。

        3、网络传输数据。

        4、服务端应用调用系统接口，想要将数据从操作系统内存拷贝到自己的内存中。

        5、服务端操作系统收到指令后，使用与客户端相同的规则（协议）从网卡读取数据，然后拷贝给服务端应用。

2.2 TCP/IP五层模型

        计算机之间要有统一的连接标准才能完成相互通信，这个标准被称为互联网协议，而网络就是物理链接介质+互联网协议。按照功能不同，将互联网协议从不同维度分为OSI七层、TCP/IP五层或TCP/IP四层，如下图所示：

     每层运行的常用设备如下图

2.2.1 物理层

        物理层主要是基于电器特性发送高低电平信号，电平即“电压平台”，指的是电路中某一个点电压的高低状态，在网