python/socket编程之粘包

python/socket编程之粘包

粘包

　　只有TCP有粘包现象，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

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。

　　

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)

大神解决粘包的方法：

　　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：

1 #服务端
2 import socket #导入模块
3 import struct #导入模块
4 import subprocess #导入模块
5 din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #基于网路家族以数据流的形式传输
6 ip=('127.0.0.1',8080) #标识服务端唯一的地址
7 din.bind(ip) #绑定地址
8 din.listen(5) #设置链接缓冲池最大数量
9 while True:
10 conn,addr=din.accept() #等待链接进入
11 print('------>',addr)
12 while True:
13 try: #开始捕捉异常,在windows中使用
14 cmd=conn.recv(1024) #把接收的内容赋值给变量cmd
15 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
16 dui=res.stdout.read() #读取标准输出管道中的内容赋值给dui
17 cuo=res.stderr.read() #读取错误输出管道中的内容赋值给cuo
18 data_bat=len(dui)+len(cuo) #把dui和cuo的内容长度相加赋值给data_bat
19 conn.send(struct.pack('i',data_bat)) #通过模块模仿报头形式发送给客户端
20 conn.send(dui) #把dui的发送给客户端
21 conn.send(cuo) #把cuo的发送给客户端
22 except Exception: #结束捕捉异常
23 break #跳出
24 conn.close() #断开链接
25 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   #导入模块
 import socket   #导入模块
 import json     #导入模块
 import subprocess   #导入模块
 din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)   #基于网络家族以流的方式创建一个链接路
 ip=('127.0.0.1',8080)  #设定服务端唯一的地址
 din.bind(ip)  #绑定地址
 din.listen(5)  #激活启动，设置链接池最大缓数量
 while True:
     conn,addr=din.accept()   #等待接受数据链接
     print('------->>>')
     while True:
         try:   #开始捕捉异常,在windows中使用
             dr=conn.recv(1024)   #接收内容并赋值给dr
             res=subprocess.Popen(dr.decode('utf-8'),shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)   #设置一个管道，把对的内容一个对的管道中，把错误的放进一个错误的管道中。
             dui=res.stdout.read()  #读取标准输出的内容并赋值给dui
             cuo=res.stderr.read()  #读取错误输出的内容并赋值给cuo
             data_lik=len(dui)+len(cuo)  #计算标准输出和错误输出的总长度并赋值给data_lik
             head_dic={'data_lik':data_lik}  #自己顶一个字典 并赋值给head_dic
             head_json=json.dumps(head_dic)  #把自己定义的字典进行一个序列化
             head_bytes=head_json.encode('utf-8')  #把序列化后的内容进行转码 ，因为网络传输都是通过字节进行传输
             head_len=len(head_bytes)  #把转换成字节码的长度拿到 并赋值给head_len
             #发送报头长度
             conn.send(struct.pack('i',head_len))  #发送自己定义的报头长度
             # 发送报头
             conn.send(head_bytes)       #发送自己定义的报头
             #发送真是数据
             conn.send(dui)              #发送真实的数据
             conn.send(cuo)              #发送真实的数据
         except Exception:               #结束捕捉异常
             break                       #跳出
     conn.close()                        #断开链接
 din.close()                             #关闭连接 

 #客户端
 import struct    #导入模块
 import socket    #导入模块
 import json      #导入模块
 din=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)   #基于网络家族和流的方式传输 创建连接
 ip=('127.0.0.1',8080)     #设置唯一的地址
 din.connect(ip)           #绑定地址
 while True:
     run=input('请输入命令：')      #用户交互界面
     if not run:continue           #判断如果run为空就跳出
     din.send(bytes(run,encoding='utf-8'))   #通过字节形式发送用户输入的的内容
     data=din.recv(4)          #接收内容长度为4，并赋值给data
     head_len=struct.unpack('i',data)[0]  #解报头并索引出值赋值给head_len
     head_bytes=din.recv(head_len)      #接收长度为head_len变量中的值，赋值给head_bytes
     head_json=head_bytes.decode('utf-8')   #把刚刚接收的内容进行转换，转换成utf-8
     head_dic=json.loads(head_json)       #在把转换成utf-8的内容 反序列化成字典的形式
     data_lik=head_dic['data_lik']        #在把字典的查找的值赋值给data_lik
     recv_size=0                         #设定变量并赋值为0
     recv_data=b''                      #设定变量并创建一个空字节的
     while recv_size < data_lik:       #如果变量小于字典查找出来的值时，循环为真。
         data=din.recv(1024)          #接收内容赋值给data
         recv_size+=len(data)        #把得到的内容长度加到变量recv_size中，这样就能实现如果没有取完内容就一直取得效果
         recv_data+=data           #把拿到的值加到新创建的字节中
         print(recv_data.decode('gbk'))   #打印以GBK转码的内容
 din.close()   #关闭连接