day30-什么是粘包、tcp协议粘包问题分析、模拟ssh远程执行命令、解决粘包问题终极版本

什么是粘包?

须知:只有TCP有粘包现象,UDP永远不会粘包,

发送端可以是1K1K地发送数据,而接收端的应用程序可以2k2k地提起数据,当然也有可能一次提起3k或者6k数据,
或者一次只提起几个字节的数据,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段老师一条消息,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/read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。
1.TCP(transport control protocol,传输控制协议)是面向连接的、面向流的协议,提供了高可靠性服务。收发两
端(C/S)都要有一一成对的soket,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,合并成一个大数据块,然后进行封包。这样,接收端就难以分辨,
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。
2.UDP(user datagram protocol,用户数据报协议)是无连接的,面向消息的协议,提供了高效率的服务。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。
即面向消息的通信是有消息保护边界的。
3.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。

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,下次接收会继续从上次继续接收,本端总是在收到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,数据很小,会合到一起并产生粘包)
 
 
服务端:

#_*_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()


服务端
客户端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
BUFSIZE=1024
ip_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'))


客户端
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
时候不是会从缓冲区合上次遗留的数据,从而产生粘包)
#_*_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()


服务端
#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
BUFSIZE=1024
ip_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'))


客户端
解决粘包的方法:
一、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:

#_*_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()


服务端

#_*_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'))


客户端

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
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',111111111111)
struct.error.'i'fromat 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bytes
head_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bytes
conn.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)

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,之后用struct将序列化后的
数据长度打包成4个字节(足够使用)

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:
先收报头长度,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
服务端

import socket,struct,json
import 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()


 服务端:定制稍微复杂一点的报头
客户端

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


客户端

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