Python学习之Socket原理与粘包

一、代码示例

服务端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
s.bind(ip_port) #手机插卡
s.listen(5)     #手机待机


while True:                         #链接循环,可以不停的接电话
    conn,addr=s.accept()            #手机接电话
    # print(conn)
    # print(addr)
    print('接到来自%s的电话' %addr[0])
    while True:                         #通信循环,可以不断的通信,收发消息
        msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话

        # if len(msg) == 0:break        #如果不加,那么正在链接的客户端突然断开,recv便不再阻塞,死循环发生

        print(msg,type(msg))

        conn.send(msg.upper())          #发消息,说话

    conn.close()                    #挂电话

s.close()                       #手机关机

客户端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

s.connect_ex(ip_port)           #拨电话

while True:                             #通信循环,客户端可以不断发收消息
    msg=input('>>: ').strip()
    if len(msg) == 0:continue
    s.send(msg.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)

    feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
    print(feedback.decode('utf-8'))

s.close()                                       #挂电话

二、socket收发消息原理剖析

三、listen、connect、accept流程及原理

服务器端在调用listen之后，内核会建立两个队列，SYN队列和ACCEPT队列，其中ACCPET队列的长度由backlog指定。
服务器端在调用accpet之后，将阻塞，等待ACCPT队列有元素。
客户端在调用connect之后，将开始发起SYN请求，请求与服务器建立连接，此时称为第一次握手。
服务器端在接受到SYN请求之后，把请求方放入SYN队列中，并给客户端回复一个确认帧ACK，此帧还会携带一个请求与客户端建立连接的请求标志，也就是SYN，这称为第二次握手
客户端收到SYN+ACK帧后，connect返回，并发送确认建立连接帧ACK给服务器端。这称为第三次握手
服务器端收到ACK帧后，会把请求方从SYN队列中移出，放至ACCEPT队列中，而accept函数也等到了自己的资源，从阻塞中唤醒，从ACCEPT队列中取出请求方，重新建立一个新的sockfd，并返回。

四、基于UDP的套接字

服务端

ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
ss.bind()       #绑定服务器套接字
inf_loop:       #服务器无限循环
    cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
ss.close()

客户端

cs = socket()   # 创建客户套接字
comm_loop:      # 通讯循环
    cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
cs.close()

1.实例演示

服务端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

udp_server_client.bind(ip_port)

while True:
    msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print(msg,addr)

    udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr)

udp服务端

客户端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue

    udp_server_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

    back_msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

udp客户端

2.recv与recvfrom的区别

recv的recvfrom是可以替换使用的，只是recvfrom多了两个参数，可以用来接收对端的地址信息，这个对于udp这种无连接的，可以很方便地进行回复。而换过来如果你在udp当中也使用recv，那么就不知道该回复给谁了，如果你不需要回复的话，也是可以使用的。另外就是对于tcp是已经知道对端的，就没必要每次接收还多收一个地址，没有意义，要取地址信息，在accept当中取得就可以加以记录了。

五、粘包现象

TCP粘包是指发送方发送的若干包数据到接收方接收时粘成一包，从接收缓冲区看，后一包数据的头紧接着前一包数据的尾

1. 为什么出现粘包现象

　　（1）发送方原因

　　我们知道，TCP默认会使用Nagle算法。而Nagle算法主要做两件事：1）只有上一个分组得到确认，才会发送下一个分组；2）收集多个小分组，在一个确认到来时一起发送。

　　所以，正是Nagle算法造成了发送方有可能造成粘包现象。

　　（2）接收方原因

　　TCP接收到分组时，并不会立刻送至应用层处理，或者说，应用层并不一定会立即处理；实际上，TCP将收到的分组保存至接收缓存里，然后应用程序主动从缓存里读收到的分组。这样一来，如果TCP接收分组的速度大于应用程序读分组的速度，多个包就会被存至缓存，应用程序读时，就会读到多个首尾相接粘到一起的包。

2.如何处理粘包现象

　　（1）发送方

　　对于发送方造成的粘包现象，我们可以通过关闭Nagle算法来解决，使用TCP_NODELAY选项来关闭Nagle算法。

　　（2）接收方

　　遗憾的是TCP并没有处理接收方粘包现象的机制，我们只能在应用层进行处理。

　　（3）应用层处理

　　应用层的处理简单易行！并且不仅可以解决接收方造成的粘包问题，还能解决发送方造成的粘包问题。

　　解决方法就是循环处理：应用程序在处理从缓存读来的分组时，读完一条数据时，就应该循环读下一条数据，直到所有的数据都被处理；但是如何判断每条数据的长度呢？

　　两种途径：

　　　　1）格式化数据：每条数据有固定的格式（开始符、结束符），这种方法简单易行，但选择开始符和结束符的时候一定要注意每条数据的内部一定不能出现开始符或结束符；

　　　　2）发送长度：发送每条数据的时候，将数据的长度一并发送，比如可以选择每条数据的前4位是数据的长度，应用层处理时可以根据长度来判断每条数据的开始和结束。

　　当时在做购物车的时候，我最开始的做法是设置开始符（0x7e）和结束符（0xe7），但在测试大量数据的时候，发现了数据异常。正如我所猜测，在调试过程中发现某些数据内部包含了它们。因为要处理的数据是量非常庞大，为做到万无一失，最后我采用了发送长度的方式。再也没有因为粘包而出过问题。

Python学习之Socket原理与粘包

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