网络编程——wireshark抓包、tcp粘包

目录

一、前言

1.1 什么是粘包

1.2 为什么UDP不会粘包

二、编写程序

文件树

客户端程序

服务器程序 

 tcp程序

头文件 

 makefile

三、 实验现象 

四、改进实验

五、小作业

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一、前言

        最近在做网络芯片的驱动，验证功能的时候需要借助wireshark这个工具，今天就来回顾下网络编程相关的知识。

1.1 什么是粘包

        在网络通信过程中，数据包往往是连续发送的，尤其是在稳定且高速的网络连接中。这种连续传输可以提高数据传输的效率，减少因等待发送或接收数据包而产生的延迟。

        在TCP/IP协议中，由于TCP是一个面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，它不保留消息边界。这意味着在发送端连续发送的多个数据包，在接收端可能会被合并成一个大的数据包接收（粘包），或者一个完整的数据包被拆分成多个小数据包接收（拆包）。

|eth header|IP header|tcp header| data |
[12 bytes] | 20 bytes| 20 bytes |"abc" |
                                   |
                              data只占4个字节，
    而为了发送这4个字节，需要12+20+20，至少52个字节，会造成极大的资源浪费

1.2 为什么UDP不会粘包

1. 独立的传输机制：由于UDP数据报的独立性，每个数据报都是单独发送和接收的，不会与其他数据报混合在一起。因此，在接收端，每个UDP数据报都可以被清晰地识别和处理，不会出现TCP中可能遇到的粘包问题。
2. 没有面向连接的数据流：UDP不像TCP那样提供面向连接的数据流服务。TCP为了保证数据的可靠传输，会对数据进行拆分、重排和合并等操作，这些操作可能会导致粘包现象。而UDP则没有这些操作，它直接发送和接收完整的数据报，因此不会出现粘包问题。
3. 基于数据报的传输模式：UDP的传输模式是基于数据报的，即每个数据报都是一个完整的单元，具有独立的传输路径和生命周期。这种传输模式使得UDP能够避免TCP中可能出现的粘包和拆包问题。

了解了以上概念我们开始验证这个问题。

二、编写程序

文件树

这是我们的目录结构分为服务器和客户端 

客户端程序

#include "tcp.h"int main(int argc, char *argv[])
{int fd;int ret, i = 2;char buf[BUFSIZ] = {"===test===\n"};/*检查参数*/Argment(argc, argv);fd = SocketInit(argv, false);/*发送数据*/while(i--){do {ret = send(fd, buf, strlen(buf), 0);}while(ret < 0 && errno == EINTR); //如果信号导致的错误，继续执行if(ret < 0)ErrExit("recv");else if(!ret)break;printf("send data:%s", buf);fflush(stdout);}close(fd);return 0;
}

我们进行两次连发看看效果是什么样的 

服务器程序 

#include "tcp.h"int main(int argc, char *argv[])
{int fd, newfd;int ret;char buf[BUFSIZ];Addr_in client_addr;socklen_t addrlen = sizeof(Addr_in);/*检查参数*/Argment(argc, argv);/*创建服务端套接字*/fd = SocketInit(argv, true);/*接收客户端连接*/do {newfd = accept(fd, (Addr *)&client_addr, &addrlen);}while(newfd < 0 && errno == EINTR); //如果信号导致的错误，继续执行if(newfd < 0)ErrExit("accept");/*接收客户端数据*/while(1){do {ret = recv(newfd, buf, BUFSIZ, 0);}while(ret < 0 && errno == EINTR); //如果信号导致的错误，继续执行if(ret < 0)ErrExit("recv");else if(!ret)break;elseprintf("[%s:%d]buf:%s\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port), buf);printf("getchar()\n");getchar();}close(newfd);close(fd);return 0;
}

 tcp程序

#include "tcp.h"void Argment(int argc, char *argv[]){if(argc < 3){fprintf(stderr, "%s <addr><port>\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}
}int SocketInit(char *argv[], bool server){int fd;Addr_in addr;func_t func = server?bind:connect;/*创建套接字*/if( (fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) ) < 0)ErrExit("socket");/*设置通信结构体*/bzero(&addr, sizeof(addr) );addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons( atoi(argv[2]) );if (inet_aton(argv[1], &addr.sin_addr) == 0) {fprintf(stderr, "Invalid address\n");exit(EXIT_FAILURE);}/*地址快速重用*/int b_reuse = 1;setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &b_reuse, sizeof(int) );/*发起连接请求或绑定地址*/if( func(fd, (Addr *)&addr, sizeof(addr) ) )ErrExit("connect or bind");if(server){/*监听模式*/if( listen(fd, BACKLOG) )ErrExit("listen");}return fd;
}

头文件 

#ifndef _TCP_H_
#define _TCP_H_#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <stdbool.h>
#include <string.h>#define BACKLOG 5#define ErrExit(msg) do { perror(msg); \exit(EXIT_FAILURE); } while(0)typedef struct sockaddr Addr;
typedef struct sockaddr_in Addr_in;typedef int (* func_t)(int, const Addr *, socklen_t);void Argment(int argc, char *argv[]);
int SocketInit(char *argv[], bool server);
#endif

 makefile

all:server client
CC=gcc
CFLAGS=-g -Wallserver:tcp.c server.cclient:tcp.c client.cclean:rm server client

三、 实验现象 

在ubuntu22.04和ubuntu18.04上都能实现。 

但是发现有个问题

还有发两次的现象

四、改进实验

 先ping下百度，看看百度的ip是多少

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, const char *argv[])
{int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in sin = {.sin_family = AF_INET,.sin_port = htons(80),};if (inet_aton("110.242.68.66", &sin.sin_addr) == 0) {fprintf(stderr, "Invalid address\n");exit(EXIT_FAILURE);}if(connect(fd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin) ) < 0) {perror("connect");exit(0);}send(fd, "hello", 5, 0);send(fd, "hello", 5, 0);send(fd, "hello", 5, 0);send(fd, "hello", 5, 0);send(fd, "hello", 5, 0);send(fd, "hello", 5, 0);close(fd);return 0;
}

写完程序后运行wireshark

选择上互联网用的网卡 

 

       我们会发现6个hello被划分到了两个包里一个1个hello另一个5个，但是我们用了6次send正常应该6个包的，这就是粘包现象。 

注意：PSH代表有数据包，FIN代表没有数据包了

五、小作业

兄弟们可以试试分包现象的验证，搞一个大的包看看是不是会被分开。