TCP和UDP的保护消息边界机制

在socket网络程序中，TCP和UDP分别是面向连接和非面向连接的。TCP的socket编程，收发两端都要有一一成对的socket，因此，发送端为了将多个发往接收端的包，更有效的发到对方，使用了优化方法（Nagle算法），将多次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。对于UDP，不会使用块的合并优化算法，这样，实际上目前认为，是由于UDP支持的是一对多的模式，所以接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每一个到达的UDP包，在每个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来说，就容易进行区分处理了。

那么什么是保护消息边界和流呢?

保护消息边界，就是指传输协议把数据当作一条独立的消息在网上传输,接收端只能接收独立的消息。也就是说存在保护消息边界,接收端一次只能接收发送端发出的一个数据包.而面向流则是指无保护消息保护边界的,如果发送端连续发送数据, 接收端有可能在一次接收动作中,会接收两个或者更多的数据包.

举个例子：

我们连续发送三个数据包,大小分别是2k, 4k , 8k,这三个数据包,都已经到达了接收端的网络堆栈中,如果使用UDP协议,不管我们使用多大的接收缓冲区去接收数据,我们必须有三次接收动作,才能够把所有的数据包接收完.而使用TCP协议,我们只要把接收的缓冲区大小设置在14k以上,我们就能够一次把所有的 数据包接收下来.只需要有一次接收动作.

这就是因为UDP协议的保护消息边界使得每一个消息都是独立的.而流传输,却把数据当作一串数据流,他不认为数据是一个一个的消息.所以有很多人在使用TCP协议通讯的时候,并不清楚TCP是基于流的传输,当连续发送数据的时候,他们时常会认识tcp会丢包.其实不然, 因为当他们使用的缓冲区足够大时,他们有可能会一次接收到两个甚 至更多的数据包,而很多人往往会忽视这一点,只解析检查了第一个数据包,而已经接收的其他数据包却被忽略了.所以大家如果要作这 类的网络编程的时候,必须要注意这一点.

结论：
根据以上所说，可以这样理解，TCP为了保证可靠传输，尽量减少额外开销（每次发包都要验证），因此采用了流式传输，面向流的传输，相对于面向消息的传输，可以减少发送包的数量。从而减少了额外开销。但是，对于数据传输频繁的程序来讲，使用TCP可能会容易粘包。当然，对接收端的程序来讲，如果机器负荷很重，也会在接收缓冲里粘包。这样，就需要接收端额外拆包，增加了工作量。因此，这个特别适合的是数据要求可靠传输，但是不需要太频繁传输的场合（两次操作间隔100ms，具体是由TCP等待发送间隔决定的，取决于内核中的socket的写法）
而UDP，由于面向的是消息传输，它把所有接收到的消息都挂接到缓冲区的接受队列中，因此，它对于数据的提取分离就更加方便，但是，它没有粘包机制，因此，当发送数据量较小的时候，就会发生数据包有效载荷较小的情况，也会增加多次发送的系统发送开销（系统调用，写硬件等）和接收开销。因此，应该最好设置一个比较合适的数据包的包长，来进行UDP数据的发送。（UDP最大载荷为1472，因此最好能每次传输接近这个数的数据量，这特别适合于视频，音频等大块数据的发送，同时，通过减少握手来保证流媒体的实时性）