socket 黏包现象

Posted 2021-01-06 qq752059037

什么是黏包:

　　同事执行多条命令之后,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

　　注意：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包

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。

黏包现象只发生在tcp协议中：

1.从表面上看，黏包问题主要是因为发送方和接收方的缓存机制、tcp协议面向流通信的特点。

2.实际上，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

 

基于tcp协议实现的黏包

client端

import socket
sk=socket.socket()
sk.connect((‘192.168.16.35‘,9000))
s1=‘床前明月光‘
s2=‘疑是地上霜‘
sk.send(s1.encode(‘utf-8‘))
sk.send(s2.encode(‘utf-8‘))

 

server端

import socket
sk=socket.socket()
sk.bind((‘192.168.16.35‘,9000))
sk.listen()
while 1:
    conn,addr=sk.accept()
    s1=conn.recv(1024)
    print(‘s1: ‘+s1.decode(‘utf-8‘)) #s1: 床前明月光疑是地上霜
    s2=conn.recv(1024)
    print(‘s2: ‘+s2.decode(‘utf-8‘)) #s2:  

 

 

黏包原因

tcp协议的拆包机制

当发送端缓冲区的长度大于网卡的MTU时，tcp会将这次发送的数据拆成几个数据包发送出去。 
MTU是Maximum Transmission Unit的缩写。
意思是网络上传送的最大数据包。MTU的单位是字节。
大部分网络设备的MTU都是1500。
如果本机的MTU比网关的MTU大，大的数据包就会被拆开来传送，
这样会产生很多数据包碎片，增加丢包率，降低网络速度。

 

面向流的通信特点和Nagle算法

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。
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。
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。

 基于tcp协议特点的黏包现象成因 

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。

 

例如基于tcp的套接字客户端往服务端上传文件，发送时文件内容是按照一段一段的字节流发送的，在接收方看了，根本不知道该文件的字节流从何处开始，在何处结束

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。

补充说明:
用UDP协议发送时，用sendto函数最大能发送数据的长度为：
65535- IP头(20) – UDP头(8)＝65507字节。
用sendto函数发送数据时，如果发送数据长度大于该值，则函数会返回错误。
（丢弃这个包，不进行发送） 
用TCP协议发送时，由于TCP是数据流协议，因此不存在包大小的限制（暂不考虑缓冲区的大小），
这是指在用send函数时，数据长度参数不受限制。
而实际上，所指定的这段数据并不一定会一次性发送出去，如果这段数据比较长，会被分段发送，
如果比较短，可能会等待和下一次数据一起发送。

 

 

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）

from socket import *
ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080)

tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)
conn,addr=tcp_socket_server.accept()
data1=conn.recv(1024)
data2=conn.recv(1024)
print(‘data1: ‘,data1.decode(‘utf-8‘))
print(‘data2: ‘,data2.decode(‘utf-8‘))
conn.close()

server

import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080)

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)

s.send(‘hello‘.encode(‘utf-8‘))
s.send(‘egg‘.encode(‘utf-8‘))

client

 

情况二 接收方的缓存机制

from socket import *
ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080)

tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)

conn,addr=tcp_socket_server.accept()

data1=conn.recv(2) #一次没有收完整
data2=conn.recv(10)#下次收的时候,会先取旧的数据,然后取新的

print(‘----->‘,data1.decode(‘utf-8‘))
print(‘----->‘,data2.decode(‘utf-8‘))

conn.close()

server端

import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080)

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)

s.send(‘hello egg‘.encode(‘utf-8‘))

client

 

 

黏包解决方案

解决方案一

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。

server
import struct
import socket

sk = socket.socket()
sk.bind((‘127.0.0.1‘,9090))
sk.listen()
conn,addr = sk.accept()
while True:
    s = input(‘内容:‘).encode(‘utf-8‘)
    pack_num = struct.pack(‘i‘,len(s)) #将文件大小转换成一个4字节的值
    conn.send(pack_num) #发送这个值
    conn.send(s) #发送文件
conn.close()
sk.close()

client
import socket
import struct
sk = socket.socket()
sk.connect((‘127.0.0.1‘,9090))

while True:
    pack_num = sk.recv(4) #第一次只接受4个字节 这个值代表要接受的文件的大小
    num = struct.unpack(‘i‘,pack_num)[0] #将这个值转成十进制
    ret = sk.recv(num) #按大小来接受文件
    print(ret.decode(‘utf-8‘))
sk.close()