python/socket编程之粘包

Posted 2020-09-16

python/socket编程之粘包

粘包：

只有TCP有尿包现象，UDP永远不会粘包。

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

1. 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。
2. 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。
3. 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。

   两种情况下会发生粘包：

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）

 

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）

 

粘包实例：

服务端
import socket
import subprocess
din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080)
din.bind(ip_port)
din.listen(5)
conn,deer=din.accept()
data1=conn.recv(1024)
data2=conn.recv(1024)
print(data1)
print(data2)

 

客户端
import socket
import subprocess
din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080)
din.connect(ip_port)
din.send(‘helloworld‘.encode(‘utf-8‘))
din.send(‘sb‘.encode(‘utf-8‘))

 

low比的解决粘包的方法：

在客户端发送下边添加一个时间睡眠，就可以避免粘包现象。在服务端接收的时候也要进行时间睡眠，才能有效的避免粘包情况

#客户端
import socket
import time
import subprocess
din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080)
din.connect(ip_port)
din.send(‘helloworld‘.encode(‘utf-8‘))
time.sleep(3)
din.send(‘sb‘.encode(‘utf-8‘))

#服务端
import socket
import time
import subprocess
din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080)
din.bind(ip_port)
din.listen(5)
conn,deer=din.accept()
data1=conn.recv(1024)
time.sleep(4)
data2=conn.recv(1024)
print(data1)
print(data2)

 

大声解决粘包的方法：

为字节流加上自定义固定长度报头，报头中包含字节流长度，然后依次send到对端，对端在接受时，先从缓存中取出定长的报头，然后再取真是数据。

使用struct模块

该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes字节

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

采用自定义报头的形式：

#服务端
import socket      #导入模块
import struct      #导入模块
import subprocess  #导入模块
din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)   #基于网路家族以数据流的形式传输
ip=(‘127.0.0.1‘,8080)   #标识服务端唯一的地址
din.bind(ip)            #绑定地址
din.listen(5)           #设置链接缓冲池最大数量
while True:               
    conn,addr=din.accept()   #等待链接进入
    print(‘------>‘,addr)
    while True: 
        try:                 #开始捕捉异常
            cmd=conn.recv(1024)   #把接收的内容赋值给变量cmd
            res=subprocess.Popen(cmd.decode(‘utf-8‘),shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)    #设置一个管道，以shell的方式写入，判断如果是正确的命令就放到标准输出的管道中，否则就放到错误输出的管道中
            dui=res.stdout.read()    #读取标准输出管道中的内容赋值给dui
            cuo=res.stderr.read()    #读取错误输出管道中的内容赋值给cuo
            data_bat=len(dui)+len(cuo)  #把dui和cuo的内容长度相加赋值给data_bat
            conn.send(struct.pack(‘i‘,data_bat))  #通过模块模仿报头形式发送给客户端
            conn.send(dui)    #把dui的发送给客户端
            conn.send(cuo)    #把cuo的发送给客户端
        except Exception:     #结束捕捉异常
            break             #跳出
    conn.close()              #断开链接
din.close()                   #关闭基于网络家族传输的链接

#客户端
import socket
import struct
din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080)
din.connect(ip_port)
while True:
    cmd=input(‘请输入命令：‘).strip()
    if not cmd:continue
    din.send(bytes(cmd,encoding=‘utf-8‘))
    baotou=din.recv(4)
    data_size=struct.unpack(‘i‘,baotou)[0]
    rec_size=0
    rec_data=b‘‘
    while rec_size < data_size:
        data=din.recv(1024)
        rec_size+=len(data)
        rec_data+=data

    print(rec_data.decode(‘gbk‘))

din.close()

 

牛逼报头的形式：

服务端
import struct
import socket
import json
import subprocess
din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
ip=(‘127.0.0.1‘,8080)
din.bind(ip)
din.listen(5)
while True:
    conn,addr=din.accept()
    print(‘------->>>‘)
    while True:
        try:
            dr=conn.recv(1024)
            res=subprocess.Popen(dr.decode(‘utf-8‘),shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)
            dui=res.stdout.read()
            cuo=res.stderr.read()
            data_lik=len(dui)+len(cuo)
            head_dic={‘data_lik‘:data_lik}
            head_json=json.dumps(head_dic)
            head_bytes=head_json.encode(‘utf-8‘)
            head_len=len(head_bytes)
            #发送报头长度
            conn.send(struct.pack(‘i‘,head_len))
            # 发送报头
            conn.send(head_bytes)
            #发送真是数据
            conn.send(dui)
            conn.send(cuo)
        except Exception:
            break
    conn.close()
din.close()

客户端
import struct
import socket
import json
din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
ip=(‘127.0.0.1‘,8080)
din.connect(ip)
while True:
    run=input(‘请输入命令：‘)
    if not run:continue
    din.send(bytes(run,encoding=‘utf-8‘))
    data=din.recv(4)
    head_len=struct.unpack(‘i‘,data)[0]

    head_bytes=din.recv(head_len)
    head_json=head_bytes.decode(‘utf-8‘)
    head_dic=json.loads(head_json)

    data_lik=head_dic[‘data_lik‘]
    recv_size=0
    recv_data=b‘‘
    while recv_size < data_lik:
        data=din.recv(1024)
        recv_size+=len(data)
        recv_data+=data
        print(recv_data.decode(‘gbk‘))
din.close()