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TCP协议的黏包现象一:什么是黏包现象二:黏包现象的成因

目录

一:什么是黏包现象

(1):先先看代码

1、发送端的缓存引起的黏包

2、接收端的缓存引起的黏包

二:黏包现象的成因

1、tcp协议的拆包机制

2、面向流的通信特点和Nagle算法

3、 基于tcp协议特点的黏包现象成因 

4、UDP不会发生黏包

5、会发生黏包的两种情况

6、总结

一:什么是黏包现象

(1):先先看代码

1、发送端的缓存引起的黏包

server.py

from socket import *
ip_port = ('127.0.0.1', 8080)

tcp_socket_server = socket()
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()
           

client.py

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('egg'.encode('utf-8'))
           

先启动server.py、再启动client.py得到的运行结果

TCP协议的黏包现象一:什么是黏包现象二:黏包现象的成因

现象:两次发送的结果接收端一次接受了、并且连在了一起。 

2、接收端的缓存引起的黏包

server.py

from socket import *
ip_port = ('127.0.0.1', 8080)

tcp_socket_server = socket()
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)
conn, addr = tcp_socket_server.accept()
data1 = conn.recv(2)
data2 = conn.recv(10)
print('----->', data1.decode('utf-8'))
print('----->', data2.decode('utf-8'))
import time
time.sleep(1)
data2 = conn.recv(10)
print('----->', data2.decode('utf-8'))
conn.close()
tcp_socket_server.close()
           

 client.py

import time
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'))
time.sleep(1)
s.send('egg'.encode('utf-8'))
           

先启动server.py、再启动client.py得到的运行结果

TCP协议的黏包现象一:什么是黏包现象二:黏包现象的成因

现象:一次发送的hello被分开接受

总结:向这种现象称为黏包现象 、

注意:TCP是一种可靠的面向流的协议、而UDP是面向数据报的协议。只有TCP有粘包现象,UDP不会粘包(但有可能丢包)

二:黏包现象的成因

(1):TCP协议中的数据传递

1、tcp协议的拆包机制

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。 MTU是Maximum Transmission Unit的缩写。意思是网络上传送的最大数据包。MTU的单位是字节。 大部分网络设备的MTU都是1500。如果本机的MTU比网关的MTU大,大的数据包就会被拆开来传送,这样会产生很多数据包碎片,增加丢包率,降低网络速度。
           

2、面向流的通信特点和Nagle算法

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。 对于空消息: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),也可以被发送,udp协议会帮你封装上消息头发送过去。 可靠黏包的tcp协议: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。

3、 基于tcp协议特点的黏包现象成因 

TCP协议的黏包现象一:什么是黏包现象二:黏包现象的成因

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

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。

4、UDP不会发生黏包

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。 

        对于空消息: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),也可以被发送,udp协议会帮你封装上消息头发送过去。不可靠不黏包的udp协议: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协议的黏包现象一:什么是黏包现象二:黏包现象的成因

5、会发生黏包的两种情况

情况一 发送方的缓存机制: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)

情况二 接收方的缓存机制: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) 

可参考文章开头代码

6、总结

黏包现象只发生在tcp协议中:

1.从表面上看,黏包问题主要是因为发送方和接收方的缓存机制、tcp协议面向流通信的特点。

2.实际上,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

TCP黏包的解决方案

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