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最简单的TCP网络封包解包

第七根弦 2016 年 10 月 17 日 UC, Visual Studio, 封包分析, 网络架构 发表评论 (0)

TCP为什么需要进行封包解包？
        TCP采用字节流的方式，即以字节为单位传输字节序列。那么，我们recv到的就是一串毫无规则的字节流。如果要让这无规则的字节流有规则，那么，就需要我们去定义一个规则。那便是所谓的“封包规则”。

封包结构是怎么样的？
        封包就像是信，信是由：信封、信内容。两部分组成。而网络封包也是由两部分组成：包头、数据。包头域是定长的，数据域是不定长的。包头必然包含两个信息：操作码、包长度。包头可能还包含别的信息，这个呢就要视乎情况去定了。操作码是该网络数据包的标识符，这就和UI里面的事件ID什么的差不多。其中，操作码有的只有一级，有的则有两级甚至多级操作码，这个的设计也要看情况去了，不过，这些底层的东西，定好了，基本就不能动了，就像房子都砌起来了，再去动地基，那就欧也了。
以下是网络数据包的伪代码：

C++
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struct NetPacket
{
包头;
数据;
};

以下是包头的伪代码：

C++
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struct NetPacketHeader
{
操作码;
包长度;
};

收包中存在的一个问题（粘包，半包）
        在现实的网络情况中，网络传输往往是不可靠的，因此会有丢包之类的情况发生，对此，TCP相应的有一个重传的机制。对于接收者来说，它接收到的数据流中的数据有可能不是完整的数据包，或是只有一部分，或是粘着别的数据包，因此，接收者还需要对接收到的数据流的数据进行分包。

服务器客户端逻辑描述
服务等待一个客户端的连接，客户端连接上了以后，服务器向客户端发送5个数据包，客户端接收服务器端的数据并解包然后做相应的逻辑处理。

需要注意的事项
1.服务器客户端是阻塞的，而不是非阻塞的套接字，这是为了简单；
2.当客户端收到了5个数据包之后，就主动和服务器断开连接，这个是硬代码；
3.阻塞套接字其实没有必要这样处理数据包，主要应用在非阻塞的套接字上;
4.此段代码只支持POD数据，不支持变长的情况；
5.各平台下字节对齐方式不一样，如Windows下默认字节对齐为4，这是此方式需要注意的。

服务器CPP代码：

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#include "stdafx.h"
#include "TCPServer.h"
 
TCPServer::TCPServer()
: mServerSocket(INVALID_SOCKET)
{
    // 创建套接字
    mServerSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP);
    if (mServerSocket == INVALID_SOCKET)
    {
        std::cout << "创建套接字失败!" << std::endl;
        return;
    }
 
    // 填充服务器的IP和端口号
    mServerAddr.sin_family        = AF_INET;
    mServerAddr.sin_addr.s_addr    = INADDR_ANY;
    mServerAddr.sin_port        = htons((u_short)SERVER_PORT);
 
    // 绑定IP和端口
    if ( ::bind(mServerSocket, (sockaddr*)&mServerAddr, sizeof(mServerAddr)) == SOCKET_ERROR)
    {
        std::cout << "绑定IP和端口失败!" << std::endl;
        return;
    }
 
    // 监听客户端请求,最大同时连接数设置为10.
    if ( ::listen(mServerSocket, SOMAXCONN) == SOCKET_ERROR)
    {
        std::cout << "监听端口失败!" << std::endl;
        return;
    }
 
    std::cout << "启动TCP服务器成功!" << std::endl;
}
 
TCPServer::~TCPServer()
{
    ::closesocket(mServerSocket);
    std::cout << "关闭TCP服务器成功!" << std::endl;
}
 
void TCPServer::run()
{
    // 接收客户端的连接
    acceptClient();
 
    int nCount = 0;
    for (;;)
    {
        if (mAcceptSocket == INVALID_SOCKET)
        {
            std::cout << "客户端主动断开了连接！" << std::endl;
            break;
        }
 
        // 发送数据包
        NetPacket_Test1 msg;
        msg.nIndex = nCount;
        strncpy(msg.arrMessage, "[1]你好[2]你好[3]你好", sizeof(msg.arrMessage) );
        bool bRet = SendData(NET_TEST1, (const char*)&msg, sizeof(msg));
        if (bRet)
        {
            std::cout << "发送数据成功！" << std::endl;
        }
        else
        {
            std::cout << "发送数据失败！" << std::endl;
            break;
        }
 
        ++nCount;
    }
}
 
void TCPServer::closeClient()
{
    // 判断套接字是否有效
    if (mAcceptSocket == INVALID_SOCKET) return;
 
    // 关闭客户端套接字
    ::closesocket(mAcceptSocket);
    std::cout << "客户端套接字已关闭!" << std::endl;
}
 
void TCPServer::acceptClient()
{
    // 以阻塞方式,等待接收客户端连接
    int nAcceptAddrLen = sizeof(mAcceptAddr);
    mAcceptSocket = ::accept(mServerSocket, (struct sockaddr*)&mAcceptAddr, &nAcceptAddrLen);
    std::cout << "接受客户端IP:" << inet_ntoa(mAcceptAddr.sin_addr) << std::endl;
}
 
bool TCPServer::SendData( unsigned short nOpcode, const char* pDataBuffer, const unsigned int& nDataSize )
{
    NetPacketHeader* pHead = (NetPacketHeader*) m_cbSendBuf;
    pHead->wOpcode = nOpcode;
 
    // 数据封包
    if ( (nDataSize > 0) && (pDataBuffer != 0) )
    {
        CopyMemory(pHead+1, pDataBuffer, nDataSize);
    }
 
    // 发送消息
    const unsigned short nSendSize = nDataSize + sizeof(NetPacketHeader);
    pHead->wDataSize = nSendSize;
    int ret = ::send(mAcceptSocket, m_cbSendBuf, nSendSize, 0);
    return (ret > 0) ? true : false;
}

客户端CPP代码：

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#include "stdafx.h"
#include "TCPClient.h"
 
 
TCPClient::TCPClient()
{
    memset( m_cbRecvBuf, 0, sizeof(m_cbRecvBuf) );
    m_nRecvSize = 0;
 
    // 创建套接字
    mServerSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP);
    if (mServerSocket == INVALID_SOCKET)
    {
        std::cout << "创建套接字失败!" << std::endl;
        return;
    }
 
    // 填充服务器的IP和端口号
    mServerAddr.sin_family        = AF_INET;
    mServerAddr.sin_addr.s_addr    = inet_addr(SERVER_IP);
    mServerAddr.sin_port        = htons((u_short)SERVER_PORT);
 
    // 连接到服务器
    if ( ::connect(mServerSocket, (struct sockaddr*)&mServerAddr, sizeof(mServerAddr)))
    {
        ::closesocket(mServerSocket);
        std::cout << "连接服务器失败!" << std::endl;
        return;    
    }
}
 
TCPClient::~TCPClient()
{
    ::closesocket(mServerSocket);
}
 
void TCPClient::run()
{
    int nCount = 0;
    for (;;)
    {
        // 接收数据
        int nRecvSize = ::recv(mServerSocket,
            m_cbRecvBuf+m_nRecvSize,
            sizeof(m_cbRecvBuf)-m_nRecvSize, 0);
        if (nRecvSize <= 0)
        {
            std::cout << "服务器主动断开连接!" << std::endl;
            break;
        }
 
        // 保存已经接收数据的大小
        m_nRecvSize += nRecvSize;
 
        // 接收到的数据够不够一个包头的长度
        while (m_nRecvSize >= sizeof(NetPacketHeader))
        {
            // 收够5个包，主动与服务器断开
            if (nCount >= 5)
            {
                ::closesocket(mServerSocket);
                break;
            }
 
            // 读取包头
            NetPacketHeader* pHead = (NetPacketHeader*) (m_cbRecvBuf);
            const unsigned short nPacketSize = pHead->wDataSize;
 
            // 判断是否已接收到足够一个完整包的数据
            if (m_nRecvSize < nPacketSize)
            {
                // 还不够拼凑出一个完整包
                break;
            }
 
            // 拷贝到数据缓存
            CopyMemory(m_cbDataBuf, m_cbRecvBuf, nPacketSize);
 
            // 从接收缓存移除
            MoveMemory(m_cbRecvBuf, m_cbRecvBuf+nPacketSize, m_nRecvSize);
            m_nRecvSize -= nPacketSize;
 
            // 解密数据，以下省略一万字
            //
 
            // 分派数据包，让应用层进行逻辑处理
            pHead = (NetPacketHeader*) (m_cbDataBuf);
            const unsigned short nDataSize = nPacketSize - (unsigned short)sizeof(NetPacketHeader);
            OnNetMessage(pHead->wOpcode, m_cbDataBuf+sizeof(NetPacketHeader), nDataSize);
 
            ++nCount;
        }
    }
 
    std::cout << "已经和服务器断开连接!" << std::endl;
}
 
bool TCPClient::OnNetMessage( const unsigned short& nOpcode,
                             const char* pDataBuffer, unsigned short nDataSize )
{
    switch (nOpcode)
    {
    case NET_TEST1:
        {
            NetPacket_Test1* pMsg = (NetPacket_Test1*) pDataBuffer;
            return OnNetPacket(pMsg);
        }
        break;
 
    default:
        {
            std::cout << "收取到未知网络数据包:" << nOpcode << std::endl;
            return false;
        }
        break;
    }
}
 
bool TCPClient::OnNetPacket( NetPacket_Test1* pMsg )
{
    std::cout << "索引：" << pMsg->nIndex << "  字符串：" << pMsg->arrMessage << std::endl;
    return true;
}

源代码打包下载：
testnetpacket.zip

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