网络编程之粘包
# 传输层 tcp/udp
# tcp协议
# 可靠 面向连接的全双工通信 无边界的字节流 慢 占用操作系统中的连接资源
# 1.可靠 不是安全,更多的是保证数据的完整性
# 2.面向连接,必须要先建立连接再进行通信 (三次握手和四次挥手)
# 3.无边界的字节流,多条tcp数据之间是没有边界的
# 4.慢 : 通信 建立/断开连接 保证数据完整性的机制
# 5.占用操作系统中的连接资源(核心要解决的问题)
# udp协议
# 不可靠 无连接 面向数据报 速度快 能够传输的数据长度有限
# 不会粘包\速度快\可以和任意多个客户端互相通信
# 容易丢失数据\传输的数据长度有限
# tcp协议 三次握手和四次挥手
# 三次握手
# 四次挥手
# 握手:client先向server端发起SYN请求
# 为什么挥手是4次
# tcp协议的粘包现象
# 明确了信息的边界,利用struct模块自定义协议来解决的问题
# 粘包现象的成因:
# 操作系统中有一个缓存区,
# 发送方 两条连续发出的短消息会根据tcp协议的合包机制被合在一起发送
# 一条过长的数据也会根据tcp协议的拆包机制被分成多段数据发送
# 接收端 所有的数据都会在接收端的缓存区中被合在一起,如果没有及时获取信息,那么消息也会黏在一起
一、什么是粘包
须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包
粘包不一定会发生
TCP发生粘包的两种情况:
1.由于Nagle算法，将多次间隔小且数量小的数据，合并成一个数据块
2.数据量发送大，接受少
首先需要掌握一个socket收发消息的原理
应用程序所看到的数据是一个整体，或说是一个流（stream），一条消息有多少字节对应用程序是不可见的，因此TCP协议是面向流的协议，这也是容易出现粘包问题的原因。（因为TCP是流式协议，不知道啥时候开始，啥时候结束）。而UDP是面向消息的协议，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，不能一次提取任意字节的数据，这一点和TCP是很不同的。怎样定义消息呢？可以认为对方一次性write/send的数据为一个消息，需要明白的是当对方send一条信息的时候，无论底层怎样分段分片，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。
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。
二、发生粘包的两种情况
发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包（发送数据时间间隔很短，数据了很小，会当做一个包发出去，产生粘包）
from socket import * phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SOCK_STREAM,1) phone.bind(('127.0.0.1',8080)) phone.listen(5) print('start running...') coon,addr = phone.accept() #等待连接 data1 = coon.recv(10) data2 = coon.recv(10) print('------------>',data1.decode('utf-8')) print('------------>',data2.decode('utf-8')) coon.close() phone.close()
from socket import * import time phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) phone.connect(('127.0.0.1',8080)) phone.send('hello'.encode('utf-8')) phone.send('helloworld'.encode('utf-8')) phone.close()
接收方不及时接收缓冲区的包，造成多个包接收（客户端发送了一段数据，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，产生粘包）
from socket import * phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SOCK_STREAM,1) phone.bind(('127.0.0.1',8080)) phone.listen(5) print('start running...') coon,addr = phone.accept() #等待连接 data1 = coon.recv(2) #一次没有接收完整 data2 = coon.recv(10) #下一次接收的时候会先取旧的数据,然后取新的 # data3 = coon.recv(1024) #接收等5秒后的信息 print('------------>',data1.decode('utf-8')) print('------------>',data2.decode('utf-8')) # print('------------>',data3.decode('utf-8')) coon.close() phone.close()
from socket import * import time phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) phone.connect(('127.0.0.1',8080)) phone.send('hello'.encode('utf-8')) time.sleep(5) phone.send('haiyan'.encode('utf-8')) phone.close()
三、解决粘包的方法
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
import socket import subprocess import struct phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机 phone.bind(('127.0.0.1',8080)) #绑定手机卡 phone.listen(5) #阻塞的最大数 print('start runing.....') while True: #链接循环 coon,addr = phone.accept()# 等待接电话 print(coon,addr) while True: #通信循环 # 收发消息 cmd = coon.recv(1024) #接收的最大数 print('接收的是：%s'%cmd.decode('utf-8')) #处理过程 res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell = True, stdout=subprocess.PIPE, #标准输出 stderr=subprocess.PIPE #标准错误 ) stdout = res.stdout.read() stderr = res.stderr.read() #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) #len(stdout) + len(stderr)#统计数据的长度 header = struct.pack('i',len(stdout)+len(stderr))#制作报头 coon.send(header) #再发命令的结果 coon.send(stdout) coon.send(stderr) coon.close() phone.close()
import socket import struct phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) phone.connect(('127.0.0.1',8080)) #连接服 while True: # 发收消息 cmd = input('请你输入命令>>：').strip() if not cmd:continue phone.send(cmd.encode('utf-8')) #发送 #先收报头 header_struct = phone.recv(4) #收四个 unpack_res = struct.unpack('i',header_struct) total_size = unpack_res[0] #总长度 #后收数据 recv_size = 0 total_data=b'' while recv_size<total_size: #循环的收 recv_data = phone.recv(1024) #1024只是一个最大的限制 recv_size+=len(recv_data) # total_data+=recv_data # print('返回的消息：%s'%total_data.decode('gbk')) phone.close()
四、解决粘包问题升级版：完整的解决了
import socket import subprocess import struct import json phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机 phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) phone.bind(('127.0.0.1',8080)) #绑定手机卡 phone.listen(5) #阻塞的最大数 print('start runing.....') while True: #链接循环 coon,addr = phone.accept()# 等待接电话 print(coon,addr) while True: #通信循环 # 收发消息 cmd = coon.recv(1024) #接收的最大数 print('接收的是：%s'%cmd.decode('utf-8')) #处理过程 res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell = True, stdout=subprocess.PIPE, #标准输出 stderr=subprocess.PIPE #标准错误 ) stdout = res.stdout.read() stderr = res.stderr.read() # 制作报头 header_dic = { 'total_size': len(stdout)+len(stderr), # 总共的大小 'filename': None, 'md5': None } header_json = json.dumps(header_dic) #字符串类型 header_bytes = header_json.encode('utf-8') #转成bytes类型(但是长度是可变的) #先发报头的长度 coon.send(struct.pack('i',len(header_bytes))) #发送固定长度的报头 #再发报头 coon.send(header_bytes) #最后发命令的结果 coon.send(stdout) coon.send(stderr) coon.close() phone.close()
import socket import struct import json phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) phone.connect(('127.0.0.1',8080)) #连接服务器 while True: # 发收消息 cmd = input('请你输入命令>>：').strip() if not cmd:continue phone.send(cmd.encode('utf-8')) #发送 #先收报头的长度 header_len = struct.unpack('i',phone.recv(4))[0] #吧bytes类型的反解 #在收报头 header_bytes = phone.recv(header_len) #收过来的也是bytes类型 header_json = header_bytes.decode('utf-8') #拿到json格式的字典 header_dic = json.loads(header_json) #反序列化拿到字典了 total_size = header_dic['total_size'] #就拿到数据的总长度了 #最后收数据 recv_size = 0 total_data=b'' while recv_size<total_size: #循环的收 recv_data = phone.recv(1024) #1024只是一个最大的限制 recv_size+=len(recv_data) #有可能接收的不是1024个字节，或许比1024多呢， # 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 total_data+=recv_data #最终的结果 print('返回的消息：%s'%total_data.decode('gbk')) phone.close()
五、struct模块
#该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes类型 import struct res = struct.pack('i',12345) print(res,len(res),type(res)) #长度是4 res2 = struct.pack('i',12345111) print(res,len(res),type(res2)) #长度也是4 unpack_res =struct.unpack('i',res2) print(unpack_res) #(12345111,) print(unpack_res[0]) #12345111 struct
