为什么 TCP 协议有粘包问题( 二 ) _TCP

if (!tcp_nagle_check(skb->len < cur_mss, tp, nonagle))
return true;
return false;
}
Nagle 算法确实能够在数据包较小时提高网络带宽的利用率并减少 TCP 和 IP 协议头带来的额外开销，但是使用该算法也可能会导致应用层协议多次写入的数据被合并或者拆分发送，当接收方从 TCP 协议栈中读取数据时会发现不相关的数据出现在了同一个数据段中，应用层协议可能没有办法对它们进行拆分和重组。
除了 Nagle 算法之外，TCP 协议栈中还有另一个用于延迟发送数据的选项 TCP_CORK，如果我们开启该选项，那么当发送的数据小于 MSS 时，TCP 协议就会延迟 200ms 发送该数据或者等待缓冲区中的数据超过 MSS[^5] 。
无论是 TCP_NODELAY 还是 TCP_CORK，它们都会通过延迟发送数据来提高带宽的利用率，它们会对应用层协议写入的数据进行拆分和重组，而这些机制和配置能够出现的最重要原因是 — TCP 协议是基于字节流的协议，其本身没有数据包的概念，不会按照数据包发送数据。
消息边界
如果我们系统性地学习过 TCP 协议以及基于 TCP 的应用层协议设计，那么设计一个能够被 TCP 协议栈任意拆分和组装数据包的应用层协议就不会有什么问题。既然 TCP 协议是基于字节流的，这其实就意味着应用层协议要自己划分消息的边界。
如果我们能在应用层协议中定义消息的边界，那么无论 TCP 协议如何对应用层协议的数据包进程拆分和重组，接收方都能根据协议的规则恢复对应的消息。在应用层协议中，最常见的两种解决方案就是基于长度或者基于终结符（Delimiter）。
message-framing

文章插图

图 3 - 实现消息边界的方法
基于长度的实现有两种方式，一种是使用固定长度，所有的应用层消息都使用统一的大小，另一种方式是使用不固定长度，但是需要在应用层协议的协议头中增加表示负载长度的字段，这样接收方才可以从字节流中分离出不同的消息，HTTP 协议的消息边界就是基于长度实现的：
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Content-Length: 138
Connection: close
<html>
<head>
<title>An Example Page</title>
</head>
<body>
<p>Hello World, this is a very simple HTML document.</p>
</body>
</html>
在上述 HTTP 消息中，我们使用 Content-Length 头表示 HTTP 消息的负载大小，当应用层协议解析到足够的字节数后，就能从中分离出完整的 HTTP 消息，无论发送方如何处理对应的数据包，我们都可以遵循这一规则完成 HTTP 消息的重组[^6] 。
不过 HTTP 协议除了使用基于长度的方式实现边界，也会使用基于终结符的策略，当 HTTP 使用块传输（Chunked Transfer）机制时，HTTPz 头中就不再包含 Content-Length 了，它会使用负载大小为 0 的 HTTP 消息作为终结符表示消息的边界。
当然除了这两种方式之外，我们可以基于特定的规则实现消息的边界，例如：使用 TCP 协议发送 JSON 数据，接收方可以根据接收到的数据是否能够被解析成合法的 JSON 判断消息是否终结。
总结
TCP 协议粘包问题是因为应用层协议开发者的错误设计导致的，他们忽略了 TCP 协议数据传输的核心机制 — 基于字节流，其本身不包含消息、数据包等概念，所有数据的传输都是流式的，需要应用层协议自己设计消息的边界，即消息帧（Message Framing），我们重新回顾一下粘包问题出现的核心原因：