Python Socket 网络编程之粘包现象

一、什么是粘包

须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包

粘包不一定会发生

如果发生了：

• 可能是在客户端已经粘了

• 客户端没有粘，可能是在服务端粘了

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

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。
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。

二、发生粘包的两种情况

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，会当做一个包发出去，产生粘包）

#服务端
from socket import *
phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SOCK_STREAM,1)
phone.bind(('127.0.0.1',8080))
phone.listen(5)
print('start running...')

coon,addr = phone.accept() #等待连接

data1 = coon.recv(10)		#10指定接收字节的大小
data2 = coon.recv(10)

print('------------>',data1.decode('utf-8'))
print('------------>',data2.decode('utf-8'))
coon.close()
phone.close()
#服务端打印
start running...
------------> hellohello
------------> world

#客户端
from socket import *
import time
phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

phone.send('hello'.encode('utf-8'))
phone.send('helloworld'.encode('utf-8'))
phone.close()

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）

#服务端
from socket import *
phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SOCK_STREAM,1)
phone.bind(('127.0.0.1',8080))
phone.listen(5)
print('start running...')

coon,addr = phone.accept()  #等待连接

data1 = coon.recv(2) 		#一次没有接收完整
data2 = coon.recv(10)  		#下一次接收的时候会先取旧的数据,然后取新的
# data3 = coon.recv(1024)   #接收等5秒后的信息
print('------------>',data1.decode('utf-8'))
print('------------>',data2.decode('utf-8'))
# print('------------>',data3.decode('utf-8'))
coon.close()
phone.close()
#服务端打印：
start running...
------------> he
------------> llo

#客户端
from socket import *
import time
phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

phone.send('hello'.encode('utf-8'))
time.sleep(5)
phone.send('haiyan'.encode('utf-8'))
phone.close()

三、解决粘包的方法

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

简单的解决方法

#_*_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)            #计算返回的字节的大小
        conn.send(str(data_length).encode('utf-8'))     #告诉客户端数据的大小
        data=conn.recv(1024).decode('utf-8')        #得到客户端的确认信息
        if data == 'recv_ready':
            conn.sendall(ret)   #发送全部数据
    conn.close()

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 # 防止卡机
    if msg == 'quit':break

    s.send(msg.encode('utf-8'))     #向服务端发送命令
    length=int(s.recv(1024).decode('utf-8'))    #得到将要收到数据的大小
    s.send('recv_ready'.encode('utf-8'))        #发送确认信息

    send_size=0
    recv_size=0
    data=b''
    while recv_size < length:  #循环接收 ，直到全部接收信息
        data+=s.recv(1024)
        recv_size+=len(data)
    print(data.decode('gbk'))

Case 2
利用struct将长度封装成固定长度的字节

# 服务端
import socket
import subprocess
import struct
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.bind(('127.0.0.1',8080)) #绑定手机卡
phone.listen(5) #阻塞的最大数
print('start runing.....')
while True: #链接循环
    coon,addr = phone.accept()# 等待接电话
    print(coon,addr)
    while True: #通信循环
        # 收发消息
        cmd = coon.recv(1024) #接收的最大数
        print('接收的是：%s'%cmd.decode('utf-8'))
        #处理过程
        res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell = True,
                                          stdout=subprocess.PIPE, #标准输出
                                          stderr=subprocess.PIPE #标准错误
                                )
        stdout = res.stdout.read()
        stderr = res.stderr.read()
        
        #先发报头(转成固定长度的bytes类型，那么怎么转呢？就用到了struct模块)
        #len(stdout) + len(stderr)#统计数据的长度
        header = struct.pack('i',len(stdout)+len(stderr))#制作报头
        
        coon.send(header)
        
        #再发命令的结果
        coon.send(stdout)
        coon.send(stderr)
    coon.close()
phone.close()

import socket
import struct
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080)) #连接服
while True:
    # 发收消息
    cmd = input('请你输入命令>>：').strip()
    if not cmd:continue
    phone.send(cmd.encode('utf-8')) #发送
    
    #先收报头
    header_struct = phone.recv(4) #收四个
    
    unpack_res = struct.unpack('i',header_struct)  #struct.unpack得到的为元组类型
    total_size = unpack_res[0]  #总长度   取第一个元素
    #后收数据
    recv_size = 0
    total_data=b''
    while recv_size<total_size: #循环的收
        recv_data = phone.recv(1024) #1024只是一个最大的限制
        recv_size+=len(recv_data) #
        total_data+=recv_data #
    print('返回的消息：%s'%total_data.decode('gbk'))
phone.close()

客户端

四、解决粘包问题升级版：完整的解决了

import socket
import subprocess
import struct
import json
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
phone.bind(('127.0.0.1',8080)) #绑定手机卡
phone.listen(5) #阻塞的最大数
print('start runing.....')
while True: #链接循环
    coon,addr = phone.accept()# 等待接电话
    print(coon,addr)
    while True: #通信循环
        # 收发消息
        cmd = coon.recv(1024) #接收的最大数
        print('接收的是：%s'%cmd.decode('utf-8'))
        #处理过程
        res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell = True,
                                          stdout=subprocess.PIPE, #标准输出
                                          stderr=subprocess.PIPE #标准错误
                                )
        stdout = res.stdout.read()
        stderr = res.stderr.read()
        # 制作报头
        header_dic = {
            'total_size': len(stdout)+len(stderr),  # 总共的大小
            'filename': None,
            'md5': None
        }
        header_json = json.dumps(header_dic) #字符串类型
        header_bytes = header_json.encode('utf-8')  #转成bytes类型(但是长度是可变的)
        #先发报头的长度
        coon.send(struct.pack('i',len(header_bytes))) #发送固定长度的报头
        #再发报头
        coon.send(header_bytes)
        #最后发命令的结果
        coon.send(stdout)
        coon.send(stderr)
    coon.close()
phone.close()

服务端

import socket
import struct
import json
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080)) #连接服务器
while True:
    # 发收消息
    cmd = input('请你输入命令>>：').strip()
    if not cmd:continue
    phone.send(cmd.encode('utf-8')) #发送
    #先收报头的长度
    header_len = struct.unpack('i',phone.recv(4))[0]  #吧bytes类型的反解
    #在收报头
    header_bytes = phone.recv(header_len) #收过来的也是bytes类型
    header_json = header_bytes.decode('utf-8')   #拿到json格式的字典
    header_dic = json.loads(header_json)  #反序列化拿到字典了
    total_size = header_dic['total_size']  #就拿到数据的总长度了
    #最后收数据
    recv_size = 0
    total_data=b''
    while recv_size<total_size: #循环的收
        recv_data = phone.recv(1024) #1024只是一个最大的限制
        recv_size+=len(recv_data) #有可能接收的不是1024个字节，或许比1024多呢，
        # 那么接收的时候就接收不全，所以还要加上接收的那个长度
        total_data+=recv_data #最终的结果
    print('返回的消息：%s'%total_data.decode('gbk'))
phone.close()

客户端

 

转自：https://blog.csdn.net/HHG20171226/article/details/93618176