为什么TCP要做成流式协议，而非包呢？

r囧r小猫 2024-02-24 06:00 11阅读 0赞

### 0 今日话题 ###

为什么TCP要做成流式协议，而非包呢？

哦莫西多 。 先假设TCP做成“包式协议 “的ROI，再探讨可⾏性。先要澄清，作为传输层协议，实际上有对上和对下两套抽象。

### 1 对下 ###

即⽹络层，⼀般是IP协议，再下就是⽹络层如以太⽹协议 。

TCP对下层的抽象从第⼀天开始就是包。TCP失败重传、拥塞控制、流量控制等机制都建⽴在“TCP packet”前提下。

对以太⽹MTU这类问题，可假设TCP对下总是能处理好，⽽不会因为某个包太⼤就傻乎乎丢数据。因此不过多讨论。

### 2 向上 ###

所以，题目中的"包"只能是面向上层或说是"面向用户的包”。可简单理解为类似把HTTP1.0里的request/response (或叫message) 的设计直接放到TCP直接实现。这样发送方就很方便写入一个应用的"包"，读取方就能读取整个这样一个应用的包。

对一般的需求看上去很合适。并且看起来这个设计也不会太破坏TCP对下层的抽象。只要在发送和接收buffer里增加标记每个用户包的开始、结束位置，到了地方就给上层recv返回即可。

### 3 有麻烦了 ###

但这样有问题：必须给这个包设计⼀个最⼤⼤⼩，否则TCP不知道要分配多⼤内存。若⽤户包＞接收buffer，很难设计⼀个合理接⼝⾏为，因为这时recv：

*  是返回⼀部分数据
 *  还是返回错误？
 *  还是必须逼发送⽅⼿⼯拆包？
 *  ⼜或⼀个上层应⽤在启动时要告诉TCP⾃⼰需要有多⼤的包。但上层应⽤可能并不能提前知道到底⼀个包多⼤

如上层要上传⼀个⽂件，⽂件多⼤⽆法提前知晓。所以，为了可⽤，上层必然根据⾃⼰的业务需求⼀定要实现⼀个⾃⼰拆包的协议。⽽⼀旦上层实现了这协议，那TCP层拆包就完全丧失意义。

#### 3.1 UDP咋做的？ ####

UDP就是定义最⼤的包⼤⼩。因此使⽤UDP的应⽤层⼀般会设计为“绝对不会超 过这个⼤⼩”；或者如果要超了就改成TCP。⼀个典型的例⼦就是DNS的协议设计。这种形式应 付⼀下简单的场景还凑合，但对于⼀般业务开发是绝对不可接受的。

⽽某些应⽤场景，⾃身就是数据流。若TCP设计为⾯向⽤户包，这些场景就须引⼊“流转包 ”。技术上也可⾏。或者TCP同时提供⾯向包、⾯向流两种语义，TCP需要定义“包连接”和“流连接”两种连接，各传各？这⼤⼤增加协议设计和使⽤复杂度。

更郁闷的，若业务场景需要进⾏有序数据传输，开头是个包，包完了是流，⼜咋处理？对应⽤层协议还好，可针对场景定制设计；问题是TCP定位是通⽤传输协议，若搞这种定制设计就没法⽤。

### 4 包拆分 ###

更麻烦其实是不同应⽤场景，包拆分机制不⼀。常⻅⽅式提供⼀个字段明确标记包的字节数。

有的根据请求中的特殊字符区分是否要拆包。⽽特殊字符⼜涉及编码和escape之类问题。⽽这些字节流⼜可能被加密，得到结果还跟密钥相关。这些数据到TCP这⾥就就没法搞了。

合理做法还是应⽤层先拆，拆好了加密，加完密再传输。

### 5 应⽤层拆包 ###

因此发现，⽆论TCP层咋折腾，都不太可能绕开“应⽤层拆包 ”。所以，也许更好处理⽅式：完全⼲掉“流式协议”这层的抽象，但保留底层包的保序/重传/流控/拥塞控制等机制⸺QUIC就是这样。但对⼏⼗年前的⽹络协议设计，TCP流式协议是⾜够好选择。在众多协议下能活下来并得到⼴泛应⽤⾜以证明。

### 6 总结 ###

BTW，的确存在⽀持message的传输层协议SCTP，但过于复杂得不到⼴泛⽀持（Windows压根不⽀持），濒临灭绝。

⽽那些适合⽤“⽤户包”来实现的功能（如微服务的RPC ），可直接⽤HTTP做传输层。即把⼀个本设计为应⽤层的协议，保留其Header，编码，拆包等基本能⼒；同时将如Cache协商，⽤不到的编码格式等扔掉不实现。在不对基础协议做更改的前提下就能run。

另外⼀个选项⽤ZeroMQ，天然封装Req/Resp能⼒，可在此基础构造应⽤层协议。钱多⼤⼚，⾃⼰手写协议满足业务也完全可。

还没有评论，来说两句吧...