网络编程之粘包问题
什么是粘包
粘包是一种现象 这种现象只出现在TCP中而不会出现在UDP中(TCP和UDP都是传输层中的协议)
粘包问题主要还是因为接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据所造成的
粘包概念详解：
当发送网络数据时，tcp协议会根据Nagle算法将时间间隔短，数据量小的多个数据包打包成一个数据包，先发送到自己操作系统的缓存中，然后操作系统将数据包发送到目标程序所对应操作系统的缓存中，最后将目标程序从缓存中取出，而第一个数据包的长度，应用程序并不知道，所以会直接取出数据或者取出部分数据，留部分数据在缓存中，取出的数据可能第一个数据包和第二个数据包粘到一起。
想要了解粘包首先需要掌握一个socket收发消息的原理
发送端可以是1k，1k的发送数据而接受端的应用程序可以2k，2k的提取数据，当然也有可能是3k或者多k提取数据，也就是说，应用程序是不可见的，因此TCP协议是面来那个流的协议，这也是容易出现粘包的原因而UDP是面向笑死的协议，每个UDP段都是一条消息，应用程序必须以消息为单位提取数据，不能一次提取任一字节的数据，这一点和TCP是很同的。怎样定义消息呢？认为对方一次性write/send的数据为一个消息，需要命的是当对方send一条信息的时候，无论鼎城怎么样分段分片，TCP协议层会把构成整条消息的数据段排序完成后才呈现在内核缓冲区。
例如基于TCP的套接字客户端往服务器端上传文件，发送时文件内容是按照一段一段的字节流发送的，在接收方看来更笨不知道文件的字节流从何初开始，在何处结束。
所谓粘包问题主要还是因为接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据所造成的
发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的，TCP为提高传输效率，发送方往往要收集到足够多数据后才发上一个TCP段。如连续几次下需要send的数据都很少，通常TCP会根据优化算法把 这些数据合成一个TCP段后 一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据
- TCP（transport control protocol，传输控制协议）是面向连接的，面向流的，提供高可靠性服务。收发两端（客户端和服务器端）都要有一一成对的socket，因此，发送端为了将多个发往接收端的包，更有效的发到对方，使用了优化方法（Nagle算法），将多次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。 即面向流的通信是无消息保护边界的。
- UDP（user datagram protocol，用户数据报协议）是无连接的，面向消息的，提供高效率服务。不会使用块的合并优化算法，, 由于UDP支持的是一对多的模式，所以接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每一个到达的UDP包，在每个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来说，就容易进行区分处理了。 即面向消息的通信是有消息保护边界的。
- tcp是基于数据流的，于是收发的消息不能为空，这就需要在客户端和服务端都添加空消息的处理机制，防止程序卡住，而udp是基于数据报的，即便是你输入的是空内容（直接回车），那也不是空消息，udp协议会帮你封装上消息头，实验略
udp的recvfrom是阻塞的，一个recvfrom(x)必须对一个一个sendinto(y),收完了x个字节的数据就算完成,若是y>x数据就丢失，这意味着udp根本不会粘包，但是会丢数据，不可靠
tcp的协议数据不会丢，没有收完包，下次接收，会继续上次继续接收，己端总是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的，但是会粘包。
发生粘包的两种情况
1.发送端需要等本机的缓冲区满了以后才发送出去，造成粘包（发送数据时间间隔很端，数据很小，会合在一个起，产生粘包）
1 from socket import * 2 phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 3 phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SOCK_STREAM,1) 4 phone.bind(('127.0.0.1',8080)) 5 phone.listen(5) 6 print('start running...') 7 8 coon,addr = phone.accept() #等待连接 9 10 data1 = coon.recv(10) 11 data2 = coon.recv(10) 12 13 print('------------>',data1.decode('utf-8')) 14 print('------------>',data2.decode('utf-8')) 15 coon.close() 16 phone.close()
1 from socket import * 2 import time 3 phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 4 phone.connect(('127.0.0.1',8080)) 5 6 phone.send('hello'.encode('utf-8')) 7 phone.send('helloworld'.encode('utf-8')) 8 phone.close()
2.接收端不及时接收缓冲区的包，造成多个包接受（客户端发送一段数据，服务端只收了一小部分，服务端下次再收的时候还是从缓冲区拿上次遗留的数据 ，就产生粘包）
1 from socket import * 2 phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 3 phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SOCK_STREAM,1) 4 phone.bind(('127.0.0.1',8080)) 5 phone.listen(5) 6 print('start running...') 7 8 coon,addr = phone.accept() #等待连接 9 10 data1 = coon.recv(2) #一次没有接收完整 11 data2 = coon.recv(10) #下一次接收的时候会先取旧的数据,然后取新的 12 # data3 = coon.recv(1024) #接收等5秒后的信息 13 print('------------>',data1.decode('utf-8')) 14 print('------------>',data2.decode('utf-8')) 15 # print('------------>',data3.decode('utf-8')) 16 coon.close() 17 phone.close()
1 from socket import * 2 import time 3 phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 4 phone.connect(('127.0.0.1',8080)) 5 6 phone.send('hello'.encode('utf-8')) 7 time.sleep(5) 8 phone.send('haiyan'.encode('utf-8')) 9 phone.close()
粘包解决方案
粘包问题的根源在于，接收端不知道发送端将要传送的字节流的长度，所以解决粘包的方法就是围绕，如何让发送端在发送数据前，把自己将要发送的字节流总大小让接收端知晓，然后接收端来一个死循环接收完所有数据
基本版
1 import socket 2 import subprocess 3 import struct 4 phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机 5 phone.bind(('127.0.0.1',8080)) #绑定手机卡 6 phone.listen(5) #阻塞的最大数 7 print('start runing.....') 8 while True: #链接循环 9 coon,addr = phone.accept()# 等待接电话 10 print(coon,addr) 11 while True: #通信循环 12 # 收发消息 13 cmd = coon.recv(1024) #接收的最大数 14 print('接收的是：%s'%cmd.decode('utf-8')) 15 #处理过程 16 res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell = True, 17 stdout=subprocess.PIPE, #标准输出 18 stderr=subprocess.PIPE #标准错误 19 ) 20 stdout = res.stdout.read() 21 stderr = res.stderr.read() 22 #先发报头(转成固定长度的bytes类型，那么怎么转呢？就用到了struct模块) 23 #len(stdout) + len(stderr)#统计数据的长度 24 header = struct.pack('i',len(stdout)+len(stderr))#制作报头 25 coon.send(header) 26 #再发命令的结果 27 coon.send(stdout) 28 coon.send(stderr) 29 coon.close() 30 phone.close()
1 import socket 2 import struct 3 phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) 4 phone.connect(('127.0.0.1',8080)) #连接服 5 while True: 6 # 发收消息 7 cmd = input('请你输入命令>>：').strip() 8 if not cmd:continue 9 phone.send(cmd.encode('utf-8')) #发送 10 #先收报头 11 header_struct = phone.recv(4) #收四个 12 unpack_res = struct.unpack('i',header_struct) 13 total_size = unpack_res[0] #总长度 14 #后收数据 15 recv_size = 0 16 total_data=b'' 17 while recv_size<total_size: #循环的收 18 recv_data = phone.recv(1024) #1024只是一个最大的限制 19 recv_size+=len(recv_data) # 20 total_data+=recv_data # 21 print('返回的消息：%s'%total_data.decode('gbk')) 22 phone.close()
升级版(完整版)
1 import socket 2 import subprocess 3 import struct 4 import json 5 phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机 6 phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) 7 phone.bind(('127.0.0.1',8080)) #绑定手机卡 8 phone.listen(5) #阻塞的最大数 9 print('start runing.....') 10 while True: #链接循环 11 coon,addr = phone.accept()# 等待接电话 12 print(coon,addr) 13 while True: #通信循环 14 # 收发消息 15 cmd = coon.recv(1024) #接收的最大数 16 print('接收的是：%s'%cmd.decode('utf-8')) 17 #处理过程 18 res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell = True, 19 stdout=subprocess.PIPE, #标准输出 20 stderr=subprocess.PIPE #标准错误 21 ) 22 stdout = res.stdout.read() 23 stderr = res.stderr.read() 24 # 制作报头 25 header_dic = { 26 'total_size': len(stdout)+len(stderr), # 总共的大小 27 'filename': None, 28 'md5': None 29 } 30 header_json = json.dumps(header_dic) #字符串类型 31 header_bytes = header_json.encode('utf-8') #转成bytes类型(但是长度是可变的) 32 #先发报头的长度 33 coon.send(struct.pack('i',len(header_bytes))) #发送固定长度的报头 34 #再发报头 35 coon.send(header_bytes) 36 #最后发命令的结果 37 coon.send(stdout) 38 coon.send(stderr) 39 coon.close() 40 phone.close()
1 import socket 2 import struct 3 import json 4 phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) 5 phone.connect(('127.0.0.1',8080)) #连接服务器 6 while True: 7 # 发收消息 8 cmd = input('请你输入命令>>：').strip() 9 if not cmd:continue 10 phone.send(cmd.encode('utf-8')) #发送 11 #先收报头的长度 12 header_len = struct.unpack('i',phone.recv(4))[0] #吧bytes类型的反解 13 #在收报头 14 header_bytes = phone.recv(header_len) #收过来的也是bytes类型 15 header_json = header_bytes.decode('utf-8') #拿到json格式的字典 16 header_dic = json.loads(header_json) #反序列化拿到字典了 17 total_size = header_dic['total_size'] #就拿到数据的总长度了 18 #最后收数据 19 recv_size = 0 20 total_data=b'' 21 while recv_size<total_size: #循环的收 22 recv_data = phone.recv(1024) #1024只是一个最大的限制 23 recv_size+=len(recv_data) #有可能接收的不是1024个字节，或许比1024多呢， 24 # 那么接收的时候就接收不全，所以还要加上接收的那个长度 25 total_data+=recv_data #最终的结果 26 print('返回的消息：%s'%total_data.decode('gbk')) 27 phone.close()
struct模块
该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes>>> res=struct.pack('i',1111111111111) #打包成固定长度的bytes
>>> struct.unpack(“I”,res) #解包
1 #该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes类型 2 import struct 3 res = struct.pack('i',12345) 4 print(res,len(res),type(res)) #长度是4 5 6 res2 = struct.pack('i',12345111) 7 print(res,len(res),type(res2)) #长度也是4 8 9 unpack_res =struct.unpack('i',res2) 10 print(unpack_res) #(12345111,) 11 print(unpack_res[0]) #12345111
posted on 2017-09-26 16:58 WorthWaitingFor 阅读(829) 评论(0) 编辑 收藏 举报
