【计算机网络 3】TCP/IP协议分层详解

一、通信长度

首先要看TCP/IP协议，涉及到四层：链路层、网络层、传输层、应用层。

• 以太网的数据帧在链路层；
• IP包在网络层；
• TCP和UDP包在传输层；
• TCP和UDP中的数据在应用层；

它们的关系是：

以太网的数据帧 { IP包 { TCP或UDP包 { Data } } } }

不同的协议层对数据包有不同的称呼，在传输层叫做段（segment），在网络层叫做数据报（datagram），在链路层叫做帧（frame）。数据封装成帧后发到传输介质上，到达目的主机后每层协议在剥掉相应的首部，最后将应用层数据交给应用程序处理。

在应用程序中我们用到的Data的长度最大是多少，直接取决于底层的限制。

我们从下到上分析一下：

1、在链路层，由以太网的物理特性决定了数据帧的长度为（46+18）-（1500+18），其中的18是数据帧的头和尾，也就是说数据帧的内容最大为1500（不包括帧头和帧尾），即MTU（Maximum Transmission Unit)为1500；

2、在网络层，因为IP包的首部要占用20字节，所以这的MTU为1500 - 20 = 1480；

3、在传输层，对于UDP包的首部要占用8字节，所以这的MTU为1480 - 8 = 1472；

所以在应用层，你的Data最大长度为1472。当我们的UDP包中的数据多余MTU（1472）时，发送方的IP层需要分片fragmentation进行传输，而在接收方IP层则需要进行数据报重组，由于UDP是不可靠的传输协议，如果分片丢失导致重组失败，将导致UDP数据包被丢弃。

从上面的分析来看，在普通的局域网环境下，UDP的数据最大为1472字节最好(避免分片重组)。

但在网络编程中，Internet中的路由器可能设置成不同的值（小于默认值），Internet上的标准MTU是576，所以Internet的UDP编程时数据长度最好在576 - 20 - 8 = 548直接以内。

send()函数返回了实际发送的长度，在网络不断的情况下，它绝不会反悔错误，最多就是返回0。对TCP你可以写一个循环发送。当send函数返回SOCKET_ERROR时，才标志着有错误。但对于UDP，你不要写循环发送，否则将给你的接收带来极大的麻烦。所以UDP需要用SetSocketOpt来改变socket内部的buffer大小，改为能容纳你的发包。明确一点，TCP作为流，发包是不会整包到达的，而是源源不断的到达，那接收方就必须组包。而UDP作为消息或数据报，它一定是整包到达接收方。

二、关于接收

一般发包都是有包边界的，首要的就是你这个包的长度让接收方知道，于是就有了包头信息，对于TCP，接收方先收到这个包头信息，然后再接收包数据，一次收齐整个包也可以；UDP，整包接收；如果你提供的接收buffer过小，TCP将返回实际接收的长度，余下的还可以收；而UDP不同的是，余下的数据被丢弃并返回WSAEMSGSIZE错误。注意TCP，要是你提供的buffer很大，那么可能收到的就是多个发包，你必须分离他们，还有就是buffer太小，而一次收不完Socket内部的数据，那么Socket接收事件(OnReceive)，可能不会再触发，使用事件方式进行接收时，密切注意这点。这些特性就是体现了流和数据包的区别。

接收BuffSize >= 发送BuffSize >= 实际发送Size。

三、接收数据的阻塞问题

1、TCP

如果没有数据，阻塞Socket就会等，直到有数；

非阻塞Socket返回WSAEWOULDBLOCK；

如果有数据，有多少就收多少。

2、UDP

如果没有数据，阻塞Socket就会等；

非阻塞Socket返回WSAEWOULDBLOCK；

如果有数据，它是会等整个发包到齐，并接收到整个发包，才返回。

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