粘包现象

江南才子

　　让我们基于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）注意注意注意：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

#__coding:utf-8____author__ = 'Linhaifeng'from socket import *import subprocess
ip_port=('127.0.0.1',8080)
BUFSIZE=1024tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)while True:
    conn,addr=tcp_socket_server.accept()    print('客户端',addr)    while True:
        cmd=conn.recv(BUFSIZE)        if len(cmd) == 0:break
        act_res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,
                         stdout=subprocess.PIPE,
                         stdin=subprocess.PIPE,
                         stderr=subprocess.PIPE)
        act_err=act_res.stderr.read()        if act_err:
            ret=act_err        else:
            ret=act_res.stdout.read()
 
        conn.sendall(ret)

#__coding:utf-8____author__ = 'Linhaifeng'import socket
BUFSIZE=1024ip_port=('127.0.0.1',8080)
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)while True:
    msg=input('>>: ').strip()    if len(msg) == 0:continue
    if msg == 'quit':break
    s.send(msg.encode('utf-8'))
    act_res=s.recv(BUFSIZE)    print(act_res.decode('utf-8'),end='')

上述程序是基于tcp的socket，在运行时会发生粘包让我们再基于udp制作一个远程执行命令的程序  

#_*_coding:utf-8____author__ = 'Linhaifeng'from socket import import subprocess
ip_port=('127.0.0.1',9003)
bufsize=1024udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
udp_server.bind(ip_port)while True:    #收消息
    cmd,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)    print('用户命令----->',cmd)    #逻辑处理
    res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,stderr=subprocess.PIPE,stdin=subprocess.PIPE,stdout=subprocess.PIPE)
    err=res.stderr.read()    print('错误====>',err)    if err:
        back_msg=err    else:
        back_msg=res.stdout.read()    print('返回结果',back_msg)    #发消息    udp_server.sendto(back_msg,addr)
udp_server.close()

from socket import *ip_port=('127.0.0.1',9003)
bufsize=1024udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
    data,addr=udp_client.recvfrom(bufsize)    print(data.decode('utf-8'),end='')

上述程序是udp的socket，在运行时永远不会发生粘包十一、什么是粘包须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包，为何，且听我娓娓道来首先需要掌握一个socket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。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。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。

• 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。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）

#__coding:utf-8____author__ = 'Linhaifeng'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(10)
data2=conn.recv(10)print('----->',data1.decode('utf-8'))print('----->',data2.decode('utf-8'))
conn.close()

#__coding:utf-8____author__ = 'Linhaifeng'import socket
BUFSIZE=1024ip_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('feng'.encode('utf-8'))

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） 

#_*_coding:utf-8____author__ = 'Linhaifeng'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()

#_*_coding:utf-8____author__ = 'Linhaifeng'import socket
BUFSIZE=1024ip_port=('127.0.0.1',8080)
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)
s.send('hello feng'.encode('utf-8'))

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的数据传输请参考我的另一篇文章http://www.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sendallrecv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 十二 解决粘包的low比处理方法问题的根源在于，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low版本的解决方法

#__coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'import socket,subprocess
ip_port=('127.0.0.1',8080)
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
s.bind(ip_port)
s.listen(5)while True:
    conn,addr=s.accept()    print('客户端',addr)    while True:
        msg=conn.recv(1024)        if not msg:break
        res=subprocess.Popen(msg.decode('utf-8'),shell=True,\
                            stdin=subprocess.PIPE,\
                         stderr=subprocess.PIPE,\
                         stdout=subprocess.PIPE)
        err=res.stderr.read()        if err:
            ret=err        else:
            ret=res.stdout.read()
        data_length=len(ret)
        conn.send(str(data_length).encode('utf-8'))
        data=conn.recv(1024).decode('utf-8')        if data == 'recv_ready':
            conn.sendall(ret)
    conn.close()

#__coding:utf-8____author__ = 'Linhaifeng'import socket,time
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(('127.0.0.1',8080))while True:
    msg=input('>>: ').strip()    if len(msg) == 0:continue
    if msg == 'quit':break
    s.send(msg.encode('utf-8'))
    length=int(s.recv(1024).decode('utf-8'))
    s.send('recv_ready'.encode('utf-8'))
    send_size=0
    recv_size=0
    data=b''
    while recv_size < length:
        data+=s.recv(1024)
        recv_size+=len(data)    print(data.decode('utf-8'))

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十三 峰哥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

import json,struct#假设通过客户端上传1T:1073741824000的文件a.txt#为避免粘包,必须自定制报头header={'file_size':1073741824000,'file_name':'/a/b/c/d/e/a.txt','md5':'8f6fbf8347faa4924a76856701edb0f3'} #1T数据,文件路径和md5值#为了该报头能传送,需要序列化并且转为byteshead_bytes=bytes(json.dumps(header),encoding='utf-8') #序列化并转成bytes,用于传输#为了让客户端知道报头的长度,用struck将报头长度这个数字转成固定长度:4个字节head_len_bytes=struct.pack('i',len(head_bytes)) #这4个字节里只包含了一个数字,该数字是报头的长度#客户端开始发送conn.send(head_len_bytes) #先发报头的长度,4个bytesconn.send(head_bytes) #再发报头的字节格式conn.sendall(文件内容) #然后发真实内容的字节格式#服务端开始接收head_len_bytes=s.recv(4) #先收报头4个bytes,得到报头长度的字节格式x=struct.unpack('i',head_len_bytes)[0] #提取报头的长度head_bytes=s.recv(x) #按照报头长度x,收取报头的bytes格式header=json.loads(json.dumps(header)) #提取报头#最后根据报头的内容提取真实的数据,比如real_data_len=s.recv(header['file_size'])
s.recv(real_data_len)

#_*_coding:utf-8__#http://www.cnblogs.com/coser/archive/2011/12/17/2291160.html__author__ = 'Linhaifeng'import structimport binasciiimport ctypes
values1 = (1, 'abc'.encode('utf-8'), 2.7)
values2 = ('defg'.encode('utf-8'),101)
s1 = struct.Struct('I3sf')
s2 = struct.Struct('4sI')print(s1.size,s2.size)
prebuffer=ctypes.create_string_buffer(s1.size+s2.size)print('Before : ',binascii.hexlify(prebuffer))# t=binascii.hexlify('asdfaf'.encode('utf-8'))# print(t)s1.pack_into(prebuffer,0,values1)
s2.pack_into(prebuffer,s1.size,*values2)print('After pack',binascii.hexlify(prebuffer))print(s1.unpack_from(prebuffer,0))print(s2.unpack_from(prebuffer,s1.size))
s3=struct.Struct('ii')
s3.pack_into(prebuffer,0,123,123)print('After pack',binascii.hexlify(prebuffer))print(s3.unpack_from(prebuffer,0))

import socket,struct,jsonimport subprocess
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加phone.bind(('127.0.0.1',8080))
phone.listen(5)while True:
    conn,addr=phone.accept()    while True:
        cmd=conn.recv(1024)        if not cmd:break
        print('cmd: %s' %cmd)
        res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
                             shell=True,
                             stdout=subprocess.PIPE,
                             stderr=subprocess.PIPE)
        err=res.stderr.read()        print(err)        if err:
            back_msg=err        else:
            back_msg=res.stdout.read()
        conn.send(struct.pack('i',len(back_msg))) #先发back_msg的长度
        conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容
    conn.close()

#__coding:utf-8____author__ = 'Linhaifeng'import socket,time,struct
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(('127.0.0.1',8080))while True:
    msg=input('>>: ').strip()    if len(msg) == 0:continue
    if msg == 'quit':break
    s.send(msg.encode('utf-8'))
    l=s.recv(4)
    x=struct.unpack('i',l)[0]    print(type(x),x)    # print(struct.unpack('I',l))
    r_s=0
    data=b''
    while r_s < x:
        r_d=s.recv(1024)
        data+=r_d
        r_s+=len(r_d)    # print(data.decode('utf-8'))
    print(data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码

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

import socket,struct,jsonimport subprocess
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加phone.bind(('127.0.0.1',8080))
phone.listen(5)while True:
    conn,addr=phone.accept()    while True:
        cmd=conn.recv(1024)        if not cmd:break
        print('cmd: %s' %cmd)
        res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
                             shell=True,
                             stdout=subprocess.PIPE,
                             stderr=subprocess.PIPE)
        err=res.stderr.read()        print(err)        if err:
            back_msg=err        else:
            back_msg=res.stdout.read()
        headers={'data_size':len(back_msg)}
        head_json=json.dumps(headers)
        head_json_bytes=bytes(head_json,encoding='utf-8')
        conn.send(struct.pack('i',len(head_json_bytes))) #先发报头的长度
        conn.send(head_json_bytes) #再发报头
        conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容
    conn.close()

from socket import *import struct,json
ip_port=('127.0.0.1',8080)
client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client.connect(ip_port)while True:
    cmd=input('>>: ')    if not cmd:continue
    client.send(bytes(cmd,encoding='utf-8'))
    head=client.recv(4)
    head_json_len=struct.unpack('i',head)[0]
    head_json=json.loads(client.recv(head_json_len).decode('utf-8'))
    data_len=head_json['data_size']
    recv_size=0
    recv_data=b''
    while recv_size < data_len:
        recv_data+=client.recv(1024)
        recv_size+=len(recv_data)    print(recv_data.decode('utf-8'))    #print(recv_data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码