理解TCP数据包大小限制与UDP数据包大小限制及其在boost::asio编程层面上的含义

Question

我正在使用boost::asio在客户端应用程序和服务器应用程序中进行UDP和TCP通信。我发现我只能使用UDP传输大小为65535字节的数据，因为这似乎是UDP中的最大包大小。

TCP中也存在最大包大小限制，即65535字节？但是我可以使用boost::asio::write在TCP中发送大于最大包大小的块，并且在客户端应用程序上全部读取它。我发现在TCP中我不必担心最大包大小，但在UDP中，我必须确保每个socket.send_to都使用小于最大包大小的缓冲区。

这是如何工作的？这是因为TCP是基于流的，负责在较低层创建数据包吗？ 是否有办法增加UDP中的最大包大小？

我从服务器端发送的UDP数据包中的某些字节可能会在客户端读取时丢失吗？如果是，则是否有一种方法仅在UDP的客户端侧检测到丢失？

- TheWaterProgrammer

Answer 1

TCP负责传输控制（实际上在TCP中，T和C就代表传输控制）。通常情况下，您不必担心发送到TCP套接字的数据量，因为它可以自行管理每个数据包发送的数据量。每个TCP数据包最多可以有65536字节的有效载荷，但通常您不需要考虑这一点，因为TCP相当复杂，可以完成许多任务。

UDP缺乏任何控制机制，并尽可能保持简单，因此您需要决定每个数据包发送多少数据。最大大小再次为65536字节，因为UDP头部只有两个字节用于指定消息的长度。在确定UDP数据包大小时，还要考虑底层协议也有其自己的限制（IP为65K，以太网为约1500字节）。

您无法增加UDP数据包的最大大小，通常也不希望这样做，因为大型UDP数据包可能会被丢弃而没有任何通知。其他SO上的答案建议在互联网上使用512-8K数据包进行数据报传输。

UDP数据报可能会损坏一些字节（但不是“丢失”）。但每个数据包都有一个校验和来覆盖，因此客户端将知道数据报在传输过程中是否已经损坏。

- u354356007

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如何使用boost::asio UDP进行基于校验和的检查？如果可以，请提供建议。 - TheWaterProgrammer

@AdaLovelace，你不需要对此做任何处理，校验和已经是UDP协议的一部分。你已经有了这个检查。 - u354356007

请注意，IPv4中的校验和是可选的。但是，如果收到数据包，则还必须通过以太网校验和。 - Jonas

Answer 2

问题与UDP和TCP关系不大，而与IP有关。 UDP和TCP是传输协议，没有定义最大数据包（或段）大小。 IP是网络协议。一个IP数据包最多可以包含65536（2^16）字节，因为有两个字节用于定义数据包大小。 大的IP数据包被分成多个段。如果其中一个段丢失或损坏，则整个IP数据包都将丢失。段的大小取决于链路层协议，通常是以太网。对于以太网，最常见的最大大小是1500字节，或者如果允许使用巨型帧，则更大。

因此，如果您传输大于1500字节的UDP数据包，则可能会被分成几个段。如果网络上没有丢失，则通常情况下这没问题。但是，如果存在丢失，当有更多依赖段时，影响只会变得更大。例如，考虑一个丢失率为1％的网络，如果您传输65536字节的UDP数据包，则它很可能会被分成44个段。那么这个数据包被接收的概率是：（1-0.01）^44 = 64％...

这也是为什么许多TCP实现和基于UDP的应用程序最多使用1500字节数据包的原因。

提取损坏的数据包是一项非常棘手的任务，请寻找像libpcap这样的库。

- Jonas