网络编程---黏包

基于UDP协议的socket

udp的server 不需要进行监听也不需要建立连接，在启动服务之后只能被动的等待客户端发送消息过来。

客户端发送消息的同时还会 自带地址信息，消息回复的时候 不仅需要发送消息 还需把对方的地址填上。

udp的client 不需要connect 因为UDP协议是不需要连接的，直接了解到对方的ip和端口信息就发送数据就行了。

sendto和recvfrom的使用方法完全和server端一样。

udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错

import socket
udp_sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)   #创建一个服务器的套接字
udp_sk.bind(('127.0.0.1',9000))        #绑定服务器套接字
msg,addr = udp_sk.recvfrom(1024)
print(msg)
udp_sk.sendto(b'hi',addr)                 # 对话(接收与发送)
udp_sk.close()                         # 关闭服务器套接字

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
udp_sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
udp_sk.sendto(b'hello',ip_port)
back_msg,addr=udp_sk.recvfrom(1024)
print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

用udp协议的socket写一个简易的qq聊天

import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
udp_server_sock.bind(ip_port)

while True:
    qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)
    print('来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m' %(addr[0],addr[1],qq_msg.decode('utf-8')))
    back_msg=input('回复消息: ').strip()

    udp_server_sock.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)

import socket
BUFSIZE=1024
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

qq_name_dic={
    'sole':('127.0.0.1',8081),
    '喜羊羊':('127.0.0.1',8081),
    '灰太狼':('127.0.0.1',8081),
    'xxx':('127.0.0.1',8081),
}


while True:
    qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
    while True:
        msg=input('请输入消息,回车发送,输入q结束和他的聊天: ').strip()
        if msg == 'q':break
        if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
        udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])

        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
        print('来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))

udp_client_socket.close()

时间服务器

import time
import socket
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1',8090))
while True:
    strf,addr = sk.recvfrom(1024)
    strf = strf.decode('utf-8')
    res = time.strftime(strf).encode('utf-8')
    sk.sendto(res,addr)
sk.close()

import socket
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
addr = ('127.0.0.1',8090)
info = input('>>>').encode('utf-8')
sk.sendto(info,addr)
ret,addr = sk.recvfrom(1024)
print(ret.decode('utf-8'))

sk.close()

socket参数的详解

创建socket对象的参数说明：

 

family	地址系列应为AF_INET(默认值),AF_INET6,AF_UNIX,AF_CAN或AF_RDS。 （AF_UNIX 域实际上是使用本地 socket 文件来通信）
type	套接字类型应为SOCK_STREAM(默认值),SOCK_DGRAM,SOCK_RAW或其他SOCK_常量之一。 SOCK_STREAM 是基于TCP的，有保障的（即能保证数据正确传送到对方）面向连接的SOCKET，多用于资料传送。 SOCK_DGRAM 是基于UDP的，无保障的面向消息的socket，多用于在网络上发广播信息。
proto	协议号通常为零,可以省略,或者在地址族为AF_CAN的情况下,协议应为CAN_RAW或CAN_BCM之一。
fileno	如果指定了fileno,则其他参数将被忽略,导致带有指定文件描述符的套接字返回。 与socket.fromfd()不同,fileno将返回相同的套接字,而不是重复的。 这可能有助于使用socket.close()关闭一个独立的插座。

黏包

黏包现象

res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
shell=True,
stderr=subprocess.PIPE,
stdout=subprocess.PIPE)
'''
的结果的编码是以当前所在的系统为准的，如果是windows，那么res.stdout.read()读出的就是GBK编码的，在接收端需要用GBK解码

且只能从管道里读一次结果

同时执行多条命令之后，得到的结果很可能只有一部分，在执行其他命令的时候又接收到之前执行的另外一部分结果，这种显现就是黏包。
'''

基于tcp协议实现的黏包

import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',8090))
sk.listen()

conn,addr = sk.accept()
while True:
    cmd = input('>>>')
    conn.send(cmd.encode('utf-8'))
    ret = conn.recv(1024).decode('utf-8')
    print(ret)

conn.close()
sk.close()

import socket
import subprocess
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',8090))
while True:
    cmd = sk.recv(1024).decode('gbk')
    ret = subprocess.Popen(cmd,shell=True,
                           stdout=subprocess.PIPE,
                           stderr=subprocess.PIPE)
    std_out = 'stdout :'+(ret.stdout.read()).decode('gbk')
    std_err = 'stderr :'+(ret.stderr.read()).decode('gbk')
    print(std_out)
    print(std_err)
    sk.send(std_out.encode('utf-8'))
    sk.send(std_err.encode('utf-8'))
sk.close()

注意：只有TCP有黏包现象但不丢包，UDP永远不会黏包只会丢包

基于udp协议实现的黏包

import socket
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1',8090))
msg,addr = sk.recvfrom(10240)
while True:
    cmd = input('>>>')
    if cmd == 'q':
        break
    sk.sendto(cmd.encode('utf-8'),addr)
    msg,addr = sk.recvfrom(10240)
    print(msg.decode('utf-8'))

sk.close()

import socket
import subprocess
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
addr = ('127.0.0.1',8090)
sk.sendto('吃了么'.encode('utf-8'),addr)
while True:
    cmd,addr = sk.recvfrom(10000)
    ret = subprocess.Popen(cmd.decode('gbk'),shell=True,
                               stdout=subprocess.PIPE,
                               stderr=subprocess.PIPE)
    std_out = 'stdout :'+(ret.stdout.read()).decode('gbk')
    std_err = 'stderr :'+(ret.stderr.read()).decode('gbk')
    print(std_out)
    print(std_err)
    sk.sendto(std_out.encode('utf-8'),addr)
    sk.sendto(std_err.encode('utf-8'),addr)
sk.close()

为什么会出现黏包现象？

发送端可以是一K一K地发送数据，而接收端的应用程序可以两K两K地提走数据，当然也有可能一次提走3K或6K数据，或者一次只提走几个字节的数据。
也就是说，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。
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。

此外，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的数据后才发送一个TCP段。若连续几次需要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。
对于空消息：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），也可以被发送，udp协议会帮你封装上消息头发送过去。
不可靠不黏包的udp协议：udp的recvfrom是阻塞的，一个recvfrom(x)必须对唯一一个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。
可靠黏包的tcp协议：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。

recv里指定的1024意思是从缓存里一次拿出1024个字节的数据
send的字节流是先放入己端缓存，然后由协议控制将缓存内容发往对端，如果待发送的字节流大小大于缓存剩余空间，那么数据丢失，用sendall就会循环调用send，数据不会丢失

会发生黏包的两种情况

情况一 发送方的缓存机制

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，会合到一起，产生粘包）

情况二 接收方的缓存机制

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）