一、粘包

  • 现象，发送 abc def，接收 abcdef

    原因

  1. 应用层：接收方 ByteBuf 设置太大（Netty 默认 1024）
  2. 滑动窗口：假设发送方 256 bytes 表示一个完整报文，但由于接收方处理不及时且窗口大小足够大，这 256 bytes 字节就会缓冲在接收方的滑动窗口中，当滑动窗口中缓冲了多个报文就会粘包
  3. Nagle 算法：会造成粘包

    二、半包

  • 现象，发送 abcdef，接收 abc def

    原因

  1. 应用层：接收方 ByteBuf 小于实际发送数据量
  2. 滑动窗口：假设接收方的窗口只剩了 128 bytes，发送方的报文大小是 256 bytes，这时放不下了，只能先发送前 128 bytes，等待 ack 后才能发送剩余部分，这就造成了半包
  3. MSS 限制：当发送的数据超过 MSS 限制后，会将数据切分发送，就会造成半包

三、原因

本质是因为 TCP 是流式协议，消息无边界

1. 滑动窗口

  • TCP 以一个段（segment）为单位，每发送一个段就需要进行一次确认应答（ack）处理，但如果这么做，缺点是包的往返时间越长性能就越差
    image.png
  • 为了解决此问题，引入了窗口概念，窗口大小即决定了无需等待应答而可以继续发送的数据最大值
    image.png
  • 窗口实际就起到一个缓冲区的作用，同时也能起到流量控制的作用
    • 图中深色的部分即要发送的数据，高亮的部分即窗口
    • 窗口内的数据才允许被发送，当应答未到达前，窗口必须停止滑动
    • 如果 1001~2000 这个段的数据 ack 回来了，窗口就可以向前滑动
    • 接收方也会维护一个窗口，只有落在窗口内的数据才能允许接收

2. MSS 限制

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  • 链路层对一次能够发送的最大数据有限制，这个限制称之为 MTU（maximum transmission unit），不同的链路设备的 MTU 值也有所不同，例如
  • 以太网的 MTU 是 1500
  • FDDI（光纤分布式数据接口）的 MTU 是 4352
  • 本地回环地址的 MTU 是 65535 - 本地测试不走网卡
  • MSS 是最大段长度（maximum segment size），它是 MTU 刨去 tcp 头和 ip 头后剩余能够作为数据传输的字节数
  • ipv4 tcp 头占用 20 bytes，ip 头占用 20 bytes，因此以太网 MSS 的值为 1500 - 40 = 1460
  • TCP 在传递大量数据时，会按照 MSS 大小将数据进行分割发送
  • MSS 的值在三次握手时通知对方自己 MSS 的值，然后在两者之间选择一个小值作为 MSS

3. Nagle 算法

  • 即使发送一个字节，也需要加入 tcp 头和 ip 头，也就是总字节数会使用 41 bytes，非常不经济。因此为了提高网络利用率，tcp 希望尽可能发送足够大的数据，这就是 Nagle 算法产生的缘由
  • 该算法是指发送端即使还有应该发送的数据，但如果这部分数据很少的话，则进行延迟发送
    • 如果 SO_SNDBUF 的数据达到 MSS，则需要发送
    • 如果 SO_SNDBUF 中含有 FIN（表示需要连接关闭）这时将剩余数据发送，再关闭
    • 如果 TCP_NODELAY = true，则需要发送
    • 已发送的数据都收到 ack 时，则需要发送
    • 上述条件不满足，但发生超时（一般为 200ms）则需要发送
    • 除上述情况，延迟发送