目前在網絡傳輸應用中，廣泛采用的是TCP/IP通信協定及其标準的socket應用開發程式設計接口（API）。TCP/IP傳輸層有兩個并列的協定：TCP和UDP。其中TCP（transport control protocol，傳輸控制協定）是面向連接配接的，提供高可靠性服務。UDP（user datagram protocol，使用者資料報協定）是無連接配接的，提供高效率服務。在實際工程應用中，對可靠性和效率的選擇取決于應用的環境和需求。一般情況下，普通資料的網絡傳輸采用高效率的udp，重要資料的網絡傳輸采用高可靠性的TCP。
在應用開發過程中，筆者發現基于TCP網絡傳輸的應用程式有時會出現粘包現象（即發送方發送的若幹包資料到接收方接收時粘成一包）。針對這種情況，我們進行了專題研究與實驗。本文重點分析了TCP網絡粘包問題，并結合實驗結果提出了解決該問題的對策和方法，供有關工程技術人員參考。
一、TCP協定簡介
TCP是一個面向連接配接的傳輸層協定，雖然TCP不屬于iso制定的協定集，但由于其在商業界和工業界的成功應用，它已成為事實上的網絡标準，廣泛應用于各種網絡主機間的通信。
作為一個面向連接配接的傳輸層協定，TCP的目标是為使用者提供可靠的端到端連接配接，保證資訊有序無誤的傳輸。它除了提供基本的資料傳輸功能外，還為保證可靠性采用了資料編号、校驗和計算、資料确認等一系列措施。它對傳送的每個資料位元組都進行編号，并請求接收方回傳确認資訊（ack）。發送方如果在規定的時間内沒有收到資料确認，就重傳該資料。資料編号使接收方能夠處理資料的失序和重複問題。資料誤碼問題通過在每個傳輸的資料段中增加校驗和予以解決，接收方在接收到資料後檢查校驗和，若校驗和有誤，則丢棄該有誤碼的資料段，并要求發送方重傳。流量控制也是保證可靠性的一個重要措施，若無流控，可能會因接收緩沖區溢出而丢失大量資料，導緻許多重傳，造成網絡擁塞惡性循環。TCP采用可變視窗進行流量控制，由接收方控制發送方發送的資料量。
TCP為使用者提供了高可靠性的網絡傳輸服務，但可靠性保障措施也影響了傳輸效率。是以，在實際工程應用中，隻有關鍵資料的傳輸才采用TCP，而普通資料的傳輸一般采用高效率的udp。
二、粘包問題分析與對策
TCP粘包是指發送方發送的若幹包資料到接收方接收時粘成一包，從接收緩沖區看，後一包資料的頭緊接着前一包資料的尾。
出現粘包現象的原因是多方面的，它既可能由發送方造成，也可能由接收方造成。發送方引起的粘包是由TCP協定本身造成的，TCP為提高傳輸效率，發送方往往要收集到足夠多的資料後才發送一包資料。若連續幾次發送的資料都很少，通常TCP會根據優化算法把這些資料合成一包後一次發送出去，這樣接收方就收到了粘包資料。接收方引起的粘包是由于接收方使用者程序不及時接收資料，進而導緻粘包現象。這是因為接收方先把收到的資料放在系統接收緩沖區，使用者程序從該緩沖區取資料，若下一包資料到達時前一包資料尚未被使用者程序取走，則下一包資料放到系統接收緩沖區時就接到前一包資料之後，而使用者程序根據預先設定的緩沖區大小從系統接收緩沖區取資料，這樣就一次取到了多包資料（圖1所示）。
圖1
圖2
圖3
粘包情況有兩種，一種是粘在一起的包都是完整的資料包（圖1、圖2所示），另一種情況是粘在一起的包有不完整的包（圖3所示），此處假設使用者接收緩沖區長度為m個位元組。
不是所有的粘包現象都需要處理，若傳輸的資料為不帶結構的連續流資料（如檔案傳輸），則不必把粘連的包分開（簡稱分包）。但在實際工程應用中，傳輸的資料一般為帶結構的資料，這時就需要做分包處理。
在處理定長結構資料的粘包問題時，分包算法比較簡單；在處理不定長結構資料的粘包問題時，分包算法就比較複雜。特别是如圖3所示的粘包情況，由于一包資料内容被分在了兩個連續的接收包中，處理起來難度較大。實際工程應用中應盡量避免出現粘包現象。
為了避免粘包現象，可采取以下幾種措施。一是對于發送方引起的粘包現象，使用者可通過程式設計設定來避免，TCP提供了強制資料立即傳送的操作指令push，TCP軟體收到該操作指令後，就立即将本段資料發送出去，而不必等待發送緩沖區滿；二是對于接收方引起的粘包，則可通過優化程式設計、精簡接收程序工作量、提高接收程序優先級等措施，使其及時接收資料，進而盡量避免出現粘包現象；三是由接收方控制，将一包資料按結構字段，人為控制分多次接收，然後合并，通過這種手段來避免粘包。
以上提到的三種措施，都有其不足之處。第一種程式設計設定方法雖然可以避免發送方引起的粘包，但它關閉了優化算法，降低了網絡發送效率，影響應用程式的性能，一般不建議使用。第二種方法隻能減少出現粘包的可能性，但并不能完全避免粘包，當發送頻率較高時，或由于網絡突發可能使某個時間段資料包到達接收方較快，接收方還是有可能來不及接收，進而導緻粘包。第三種方法雖然避免了粘包，但應用程式的效率較低，對實時應用的場合不适合。
一種比較周全的對策是：接收方建立一預處理線程，對接收到的資料包進行預處理，将粘連的包分開。對這種方法我們進行了實驗，證明是高效可行的。
三、程式設計與實作
1．實作架構
實驗網絡通信程式采用TCP/IP協定的socket api程式設計實作。socket是面向客戶機/伺服器模型的。TCP實作架構如圖4所示。
圖4
2．實驗硬體環境：
伺服器：pentium 350 微機
客戶機：pentium 166微機
網絡平台：由10兆共享式hub連接配接而成的區域網路
3．實驗軟體環境：
作業系統：windows 98
程式設計語言：visual c++ 5.0
4．主要線程
程式設計采用多線程方式，伺服器端共有兩個線程：發送資料線程、發送統計顯示線程。用戶端共有三個線程：接收資料線程、接收預處理粘包線程、接收統計顯示線程。其中，發送和接收線程優先級設為thread_priority_time_critical（最高優先級），預處理線程優先級為thread_priority_above_normal（高于普通優先級），顯示線程優先級為thread_priority_normal（普通優先級）。
實驗發送資料的資料結構如圖5所示：
圖5
5．分包算法
針對三種不同的粘包現象，分包算法分别采取了相應的解決辦法。其基本思路是首先将待處理的接收資料流（長度設為m）強行轉換成預定的結構資料形式，并從中取出結構資料長度字段，即圖5中的n，而後根據n計算得到第一包資料長度。
1)若n
2)若n=m，則表明資料流内容恰好是一完整結構資料，直接将其存入臨時緩沖區即可。
3)若n>m，則表明資料流内容尚不夠構成一完整結構資料，需留待與下一包資料合并後再行處理。
對分包算法具體内容及軟體實作有興趣者，可與作者聯系。
四、實驗結果分析
實驗結果如下：
1．在上述實驗環境下，當發送方連續發送的若幹包資料長度之和小于1500b時，常會出現粘包現象，接收方經預處理線程處理後能正确解開粘在一起的包。若程式中設定了“發送不延遲”：（setsockopt (socket_name，ipproto_tcp，tcp_nodelay，(char *) &on，sizeof on) ，其中on=1），則不存在粘包現象。
2．當發送資料為每包1kb～2kb的不定長資料時，若發送間隔時間小于10ms，偶爾會出現粘包，接收方經預處理線程處理後能正确解開粘在一起的包。
3．為測定處理粘包的時間，發送方依次循環發送長度為1.5kb、1.9kb、1.2kb、1.6kb、1.0kb資料，共計1000包。為制造粘包現象，接收線程每次接收前都等待10ms，接收緩沖區設為5000b，結果接收方收到526包資料，其中長度為5000b的有175包。經預處理線程處理可得到1000包正确資料，粘包處理總時間小于1ms。
實驗結果表明，TCP粘包現象确實存在，但可通過接收方的預處理予以解決，而且處理時間非常短（實驗中1000包資料總共處理時間不到1ms），幾乎不影響應用程式的正常工作。