Python資料傳輸黏包問題

2022-04-11 22:00:11

1.socket黏包問題原理

黏包：指資料與資料之間沒有明確的分界線，導致不能正確的讀取資料。

應用資料想要傳送資料就必須將資料交給作業系統，而作業系統需要同時為所有的應用程式提供資料傳輸服務，就意味著不可能馬上將應用資料傳送，就需要為程式提供一個緩衝區，用於臨時存放資料。

當傳送資料很快，有兩條資料都在緩衝區時，作業系統可能將兩個資料發給接收方，資料之間沒有分界線，接收方會誤認為是一條資料。

2.UDP協定

UDP在收發資料時是基於封包的，即一個包一個包的傳送，包與包之間有明確的分界，到達對方緩衝區後也是獨立封包。這種方式存在的問題：

①傳送資料的長度每個作業系統會有不同的限制，資料超過限制則無法傳送；

②接收方接收資料時，如果應用程式提供的快取容量小於封包的長度，則會造成資料的丟失，而緩衝區大小不可能無限大。

這意味著UDP不會出現黏包問題，但會丟失資料，不可靠。

3.TCP協定

TCP增加了一套校驗規則來保證資料的完整性，會將超過TCP包最大長度的資料拆分為多個TCP包，並在傳輸資料時為每一個TCP封包指定一個順序號，接收方在收到TCP封包後按照順序將封包進行重組，重組後的資料全都是二進位制資料，且每次收到的二進位制資料之間沒有明顯的分界。基於這種工作機制，TCP在三種情況下發生黏包問題：

①當單個封包較小時，接收方可能一次性讀取了多個包的資料；

②當整體資料較大時，接收方可能一次性僅讀取了一個包的一部分內容；

③另外TCP協定為提高效率，增加了一種優化機制，會將資料小且傳送間隔短的資料合併行送，該機制也會導致傳送方將兩個封包粘在一起傳送。

也就是說，TCP傳輸資料是可靠的，但是會黏包。

4.傳送方出現的黏包

伺服器端：

from socket import *
server_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('',8080))
server_socket.listen(5)
 
new_socket,client_addr = server_socket.accept()
 
data1 = new_socket.recv(1024)
data2 = new_socket.recv(1024)
print("收到的第一條資料：",data1)
print("收到的第二條資料：",data2)
 
new_socket.close()
server_socket.close()

使用者端：

from socket import *
 
client_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client_socket.connect(('10.175.193.126',8080))
client_socket.send('hello'.encode('utf-8'))
client_socket.send('word'.encode('utf-8'))
client_socket.close()

伺服器端接收到的資料：

由於使用者端兩條資料傳送間隔太短且封包太小，被伺服器端誤認為是一條資料。

5. 接收方出現的黏包

伺服器端：

from socket import *
import time
 
server_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('',8080))
server_socket.listen(5)
 
new_socket,client_addr = server_socket.accept()
print("連線成功！",client_addr)
 
data1 = new_socket.recv(3) #每次只接收三個位元組，接收不完整
time.sleep(6)
print("收到的第一條資料：",data1)
 
data2 = new_socket.recv(10)
#接收第一次未接收的資料，若有空間，會繼續接收新資料
print("收到的第二條資料：",data2)
 
new_socket.close()
server_socket.close()

使用者端：

from socket import *
#通過time模組使使用者端傳送多個封包時，時間間隔變長
import time
 
client_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client_socket.connect(('10.175.193.126',8080))
client_socket.send('hello'.encode('utf-8'))
time.sleep(5) #讓當前執行緒休眠5秒
client_socket.send('word'.encode('utf-8'))
 
client_socket.close()

伺服器端接收到的資料：