【2020Python修炼记】网络编程（二）socket编程之粘包

【2020Python修炼记】网络编程（二）socket编程之粘包

二、 粘包现象

注意：

1、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

2、命令ls -l ; lllllll ; pwd 的结果，是既有正确stdout结果，又有错误stderr结果

1、基于tcp先制作一个远程执行命令的程序（1：执行错误命令 2：执行ls 3：执行ifconfig）

基于tcp的socket，在运行时会发生粘包——

2、基于udp制作一个远程执行命令的程序（1：执行错误命令 2：执行ls 3：执行ifconfig）

基于udp的socket，在运行时永远不会发生粘包——

三、什么是粘包

须知：只有tcp有粘包现象，udp永远不会粘包

1、 首先需要掌握一个socket收发消息的原理

（1）tcp协议--收发消息的原理

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。

（2）udp协议--收发消息的原理

udp协议是面向消息的协议，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。

（3）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。

（4）# 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。

# 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。

2、从协议本身看——发送方引起的粘包是由tcp协议本身造成的

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。

接收端和发送端（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 更有效地发到对方，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    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

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。

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。

3、两种情况下会发生粘包。

（1）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）

（2）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）

4、拆包的发生情况

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。

补充问题一：为何tcp是可靠传输，udp是不可靠传输

基于tcp的数据传输，请参考另一篇文章 http://cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html，

tcp在数据传输时，发送端先把数据发送到自己的缓存中，然后协议控制将缓存中的数据发往对端，对端返回一个ack=1，发送端则清理缓存中的数据，对端返回ack=0，则重新发送数据，所以tcp是可靠的

而udp发送数据，对端是不会返回确认信息的，因此不可靠

补充问题二：send(字节流)和recv(1024)及sendall

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

四、--low版本--解决粘包的方法

粘包问题的根源在于，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。

【为何low】：

程序的运行速度远快于网络传输速度，所以在发送一段字节前，先用send去发送该字节流长度，

这种方式会放大网络延迟带来的性能损耗——

五、--超级版--解决粘包的方法

【超级版解决方法】

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，然后一次send到对端，

对端在接收时，先从缓存中取出定长的报头，然后再取真实数据

1、struct模块

该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes

>>> struct.pack('i',1111111111111)

。。。。。。。。。

struct.error: 'i' format requires -2147483648 <= number <= 2147483647 #这个是范围

2、自定义报头

3、把报头做成字典

我们可以把报头做成字典，字典里包含将要发送的真实数据的详细信息，然后 json序列化，

然后用 struck 将 序列化后的数据长度 打包成4个字节（4个自己足够用了）

* 发送时：

先发报头长度

再编码报头内容然后发送

最后发真实内容

* 接收时：

先手报头长度，用struct取出来

根据取出的长度收取报头内容，然后解码，反序列化

从反序列化的结果中取出待取数据的详细信息，然后去取真实的数据内容

六、认证客户端的链接合法性

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