粘包问题

时间  2019-12-19
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粘包问题

1、什么是粘包

注意：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包，为什么，且听我娓娓道来。算法

首先须要掌握一个socket收发消息的原理shell

发送端能够是一K一K地发送数据，而接收端的应用程序能够两K两K地提走数据，固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总体，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，所以TCP协议是面向流的协议，这也是容易出现粘包问题的缘由。而UDP是面向消息的协议，每一个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是很不一样的。怎样定义消息呢？能够认为对方一次性write/send的数据为一个消息，须要明白的是当对方send一条信息的时候，不管底层怎样分段分片，TCP协议层会把构成整条消息的数据段排序完成后才呈如今内核缓冲区。json

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。windows

所谓粘包问题主要仍是由于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形成的。服务器

此外，发送方引发的粘包是由TCP协议自己形成的，TCP为提升传输效率，发送方每每要收集到足够多的数据后才发送一个TCP段。若连续几回须要send的数据都不多，一般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。socket

  • TCP（transport control protocol，传输控制协议）是面向链接的，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，所以，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），将屡次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，而后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。 即面向流的通讯是无消息保护边界的。
  • UDP（user datagram protocol，用户数据报协议）是无链接的，面向消息的，提供高效率服务。不会使用块的合并优化算法，, 因为UDP支持的是一对多的模式，因此接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每个到达的UDP包，在每一个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来讲，就容易进行区分处理了。 即面向消息的通讯是有消息保护边界的。
  • TCP是基于数据流的，因而收发的消息不能为空，这就须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，即使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)必须对惟一一个sendinto(y),收完了x个字节的数据就算完成,如果y>x数据就丢失，这意味着udp根本不会粘包，可是会丢数据，不可靠tcp

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，己端老是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的，可是会粘包。优化

2、TCP发送数据的四种状况

假设客户端分别发送了两个数据包D1和D2给服务端，因为服务端一次读取到的字节数是不肯定的，故可能存在如下4种状况。编码

  1. 服务端分两次读取到了两个独立的数据包，分别是D1和D2，没有粘包和拆包；
  2. 服务端一次接收到了两个数据包，D1和D2粘合在一块儿，被称为TCP粘包；
  3. 服务端分两次读取到了两个数据包，第一次读取到了完整的D1包和D2包的部份内容，第二次读取到了D2包的剩余内容，这被称为TCP拆包；
  4. 服务端分两次读取到了两个数据包，第一次读取到了D1包的部份内容D1_1，第二次读取到了D1包的剩余内容D1_2和D2包的整包。

特例：若是此时服务端TCP接收滑窗很是小，而数据包D1和D2比较大，颇有可能会发生第五种可能，即服务端分屡次才能将D1和D2包接收彻底，期间发生屡次拆包。

3、粘包

  1. server

    import socket
#生成一个socket对象
soc=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#绑定地址跟端口号
soc.bind(('127.0.0.1',8001))
#监听(半链接池的大小),不是链接数
soc.listen(3)
#等着客户端来链接,conn至关于链接通道,addr是客户端的地址
while True:
    print('等待客户端链接')
    conn,addr=soc.accept()    #卡主,若是没有客户端链接,会一直卡在这,当有链接,才继续往下走
    print('有个客户端链接上了',addr)
    while True:
        try:
            data=conn.recv(1024)
            print(data)
            data2=conn.recv(1024)
            print(data2)
            data3=conn.recv(1024)
            print(data3)
        except Exception:

            break
    # 关闭通道
    conn.close()


# 关闭套接字
soc.close()

  2. client

import socket

soc=socket.socket()

soc.connect(('127.0.0.1',8001))
while True:
    in_s=input('请输入要发送的数据:')
    soc.send(b'a')
    soc.send(b'b')
    soc.send(b'c')

4、解决粘包

  1. 补充模块

    import struct
#把一个数字打包成固定长度的4字节
obj=struct.pack('i',1098)
print(obj)
print(len(obj))

l=struct.unpack('i',obj)[0]
print(l)

  2. server

    import socket
import subprocess
import struct
soc=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
soc.bind(('127.0.0.1',8001))
soc.listen(3)
while True:
    print('等待客户端链接')
    conn,addr=soc.accept()
    print('有个客户端链接上了',addr)
    while True:
        try:
            data=conn.recv(1024)
            if len(data)==0:
                break
            print(data)
            obj = subprocess.Popen(str(data,encoding='utf-8'),
                                   shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
            #执行正确的结果 b 格式,gbk编码(windows平台)
            msg=obj.stdout.read()
            #发送的时候须要先把长度计算出来
            #头必须是固定长度
            #10
            #100
            #先取出要发送数据长度l

            l=len(msg)
            #head 是固定四个字节
            head=struct.pack('i',l)
            #发了头
            conn.send(head)
            #发了内容
            conn.send(msg)
        except Exception:

            break
    # 关闭通道
    conn.close()


# 关闭套接字
soc.close()

  3. client

    import socket
import struct
soc=socket.socket()

soc.connect(('127.0.0.1',8001))
while True:
    in_s=input('请输入要执行的命令:')
    soc.send(in_s.encode('utf-8'))
    head=soc.recv(4)
    l=struct.unpack('i',head)[0]
    # data=soc.recv(l)
    count=0
    data_total=b''

    while count<l:
        if l<1024: #若是接受的数据小于1024 ,直接接受数据大小
            data=soc.recv(l)
        else:#若是接受的数据大于1024
            if l-count>=1024: #总数据长度-count(目前收到多少,count就是多少) 若是还大于1024  ,在收1024
                data=soc.recv(1024)
            else: #总数据长度-count(目前收到多少,count就是多少) 若是小于1024,只收剩下的部分就可
                data=soc.recv(l-count)

        data_total+=data
        count+=len(data)

    print(str(data_total,encoding='gbk'))

    5、解决粘包问题的最终方案

    1. struct

      # import struct
# #把一个数字打包成固定长度的4字节
# obj=struct.pack('i',10980000000)
# print(obj)
# print(len(obj))
#
# l=struct.unpack('i',obj)[0]
# print(l)
import json
import struct

# head={'size':100999999999999999999999990000000000000000
# 000000000000000000000000,'md5':'sdfsdfasdf','filename':'a.txt'}
# head_str=json.dumps(head)
# head_bytes=head_str.encode('utf-8')
# print(len(head_bytes))
# obj=struct.pack('i',len(head_bytes))
# print(obj)
# print(len(obj))

#发
send(obj)
send(head_bytes)
send(b'ddddddddddddddddddd')
#收
obj=recv(4)
head_len=struct.unpack('i',obj)[0]
head_bytes=recv(head_len)

head_dic=json.loads(head_bytes)
l=head_dic['size']

    2. server

      import socket
import subprocess
import struct
soc=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
soc.bind(('127.0.0.1',8001))
soc.listen(3)
while True:
    print('等待客户端链接')
    conn,addr=soc.accept()
    print('有个客户端链接上了',addr)
    while True:
        try:
            data=conn.recv(1024)
            if len(data)==0:
                break
            print(data)
            obj = subprocess.Popen(str(data,encoding='utf-8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
            #执行正确的结果 b 格式,gbk编码(windows平台)
            msg=obj.stdout.read()

            #发送的时候须要先把长度计算出来
            #头必须是固定长度
            #先发4位,头的长度
            import json
            dic={'size':len(msg)}
            dic_bytes=(json.dumps(dic)).encode('utf-8')
            #head_count是4个字节的长度
            head_count=struct.pack('i',len(dic_bytes))
            print(dic)
            conn.send(head_count)
            #发送头部内容
            conn.send(dic_bytes)
            #发了内容
            conn.send(msg)
        except Exception:

            break
    # 关闭通道
    conn.close()


# 关闭套接字
soc.close()

    3. client

      import socket
import struct
import json
soc=socket.socket()

soc.connect(('127.0.0.1',8001))
while True:
    in_s=input('请输入要执行的命令:')
    soc.send(in_s.encode('utf-8'))
    #头部字典的长度
    head_dic_len=soc.recv(4)
    #解出真正的长度
    head_l=struct.unpack('i',head_dic_len)[0]
    #byte 字典的长度
    #收真正的头部字典
    dic_byte=soc.recv(head_l)
    head=json.loads(dic_byte)
    print(head)
    l=head['size']
    count=0
    data_total=b''
    print(l)
    while count<l:
        if l<1024: #若是接受的数据小于1024 ,直接接受数据大小
            data=soc.recv(l)
        else:#若是接受的数据大于1024
            if l-count>=1024: #总数据长度-count(目前收到多少,count就是多少) 若是还大于1024  ,在收1024
                data=soc.recv(1024)
            else: #总数据长度-count(目前收到多少,count就是多少) 若是小于1024,只收剩下的部分就可
                data=soc.recv(l-count)

        data_total+=data
        count+=len(data)

    print(str(data_total,encoding='gbk'))
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