如何实现二进制 TCP 协议

Question

我过去创建了许多 TCP 客户端/服务器应用程序，它们总是使用非常简单的基于文本的协议，要么是由换行符分隔的文本消息，要么是 Xml 流。

现在我正在为游戏服务器创建一个简单的协议，该协议主要用于交换 Vector 信息并与客户端处理一些简单的 RPC 调用。因为它将成为一个游戏服务器，我真的希望它超级快速和轻量级。出于这个原因，我决定将其实现为二进制协议（有关我的意思的更多信息，请参阅Are binary protocols dead?）。

我有一个粗略的想法，但在我开始研究它之前，我想确认这种方法确实有效，如果没有更好的常用方法。我过去从未实现过二进制 TCP 协议。

我将在“信息包”中发送所有信息，我称之为“数据报”。协议中的另一个重要常量是以字节为单位的浮点数大小，我称之为BLOCK_SIZE。我将使用多种语言（客户端是 C#，而服务器是 C++），我需要确保所有平台（x86、x64）在数据报中具有相同大小的数字。

服务器发送给客户端的第一个信息将是一个单字节 (sizeof(char))，其中包含 BLOCK_SIZE 的值，只是为了确保浮点数（我使用的是 double，因为它对我来说足够大目的）将在服务器和客户端上占用相同数量的字节。然后是“数据报”流，直到通信通道结束。

数据报的布局是：

Size in bytes / name                  Description
BLOCK_SIZE / type            Type of datagram (for internal purposes I need to figure out what I am actually going to process - I could probably create header instead that would describe it in details, but for my purposes one `double` can contain all possible types I will use)
unsigned BLOCK_SIZE / size   Length of datagram - number of bytes that will follow. I just hope I will never need to send a single datagram that would be bigger tham maximum value of unsigned double :P
size / data                  Data that are contained within datagram, I will process them based on what `type` they will be.

我想，为了接收，我总是会创建一个缓冲区，就像任何一方宣布的 size 一样大，并不断将数据推入其中，除非我得到所有数据。然后我就可以开始处理另一个数据报了。

我相信只要客户端和服务器始终发送正确的数据，没有一个字节错误、多余或丢失，这应该可以工作。我不知道 TCP 是否足够可靠，或者我是否还需要实现一些错误检查。我不知道怎么做。

我只需要传输大量的浮点数数组，最后是一些非常简单的字符串，但我并不需要马上关心这些。这是一个正确的方法还是我应该以不同的方式来做？

Answer 1

如果要使用 TCP 传输，请不要使用“数据报”一词；数据报通常与 UDP 传输相关联。

TCP 是可靠的，那么您不需要额外的 CRC 或类似的东西。

您可以实现即一个非常简单的二进制流协议，其中 每个数据单元前加 2 个字节；第一个表示它的类，第二个表示它的长度。

                   class     length
unsigned byte        1          1
         byte        2          1
unsigned short       3          2
         short       4          2
unsigned int         5          4
         int         6          4
        ...

array unsigned byte  1          1 * #elements 
array          byte  2          1 * #elements
array unsigned short 3          2 * #elements 
array          short 4          2 * #elements
array unsigned int   5          4 * #elements 
array          int   6          4 * #elements
        ...

length 变量（一个字节）的表示将数据元素的总大小限制为 255 个字节 class 变量（一个字节）的表示将类的总数限制为 255

请记住，使用 TCP 时，您必须处理与传输数据单元大小无关的数据“流”。您不应该对接收到的数据包的大小做出假设；一个数据单元可以很好地拆分为多个 TCP 数据包，即使它适合一个单独的数据包

即序列 0x01-0x01-0x33 是一个可以表示的数据单元，即 ASCII 字符“3”

您可能认为开销太大，但传输单个字节是最坏的情况，当数据单元变大时开销会变小。还要考虑这是不依赖于预定义的更高级别数据结构的代价。