长度前缀分帧与粘包拆包练习

前置：理解字节流、字节序、客户端与服务端；Python 3.10+ 用于四字节长度前缀解码模型，不要求真实网络。教学范围为TCP RFC9293；分层与字节流；Python 3.10+。核对日期2026-10-17。示例未执行，本轮没有安装依赖、生成协议代码、启动服务或浏览器预览。完整源码和输入文件见下方「同源完整文件」；推演结论只适用于写明的模型。

完整长度前缀解码器

缓存循环每次只消费完整的一帧，之后立即检查是否还有下一帧。等待头部和等待负载是不同状态；超长声明应在读出长度后立即拒绝，不能先尝试分配声明大小的内存。

查看图表代码

完整长度前缀解码器接收离线十六进制分块并维护缓存，头部不足四字节时等待，负载足够才消费整帧。结束时剩余字节表示截断，超过1024字节的声明提前拒绝，避免恶意长度让接收端无限保留内存。

分帧手推预期

分帧手推预期中大端头00000003代表三个字节，负载616263解为abc。切成0000和0003616263仍得到同一消息；中文“你”占三个UTF-8字节。有效头00000000允许空消息，非法UTF-8应独立报错。

粘包拆包练习

粘包拆包练习把两帧合成一块，再从第二帧头部中间拆开，检查每次消费后残余缓存。增加消息长度上限可以限制单帧，但若把所有输入一次性读入内存，仍存在整体输入规模问题；这里的离线工具不假装生产流式服务器。

同源完整文件

以下README含前置、输入、读者自跑步骤、预期结果、失败、恢复与清理；只做静态核对，没有执行。

model.py

import json
import sys

def decode(chunks):
    buffer = bytearray()
    messages = []
    for chunk in chunks:
        if not isinstance(chunk, str):
            raise ValueError('hex strings required')
        buffer.extend(bytes.fromhex(chunk))
        while len(buffer) >= 4:
            size = int.from_bytes(buffer[:4], 'big')
            if size > 1024:
                raise ValueError('frame too large')
            if len(buffer) < 4 + size:
                break
            messages.append(bytes(buffer[4:4 + size]).decode('utf-8'))
            del buffer[:4 + size]
    if buffer:
        raise ValueError('truncated frame')
    return messages

if __name__ == '__main__':
    try:
        data = json.load(sys.stdin)
        if not isinstance(data, list):
            raise ValueError('array of hex chunks required')
        print(json.dumps(decode(data), ensure_ascii=False))
    except (ValueError, TypeError) as error:
        print(str(error), file=sys.stderr)
        sys.exit(2)

requirements.txt

# Python 3.10+ standard library only; no third-party dependency.

README.md

# 计算机网络原理：完整示例

示例未执行。核对日期2026-10-17。教学版本族：TCP RFC9293；分层与字节流；Python 3.10+。

## 文件与依赖

文件：model.py, requirements.txt。requirements.txt为同源依赖声明；所有代码和配置都随本文展示。本例使用 Python 3.10+ 标准库，无额外运行依赖。

## 输入与前置

前置：理解字节流、十六进制字节和四字节大端长度头。使用 Python 3.10+，只依赖标准库；输入是表示分块字节流的十六进制字符串数组，不建立真实 TCP 连接。具体输入和分帧预期见下节。

读者将来自跑（本轮未执行）：在本目录以Python 3.10+读取input.json，PowerShell示意`Get-Content -Raw input.json | python model.py`；Bash示意`python3 model.py < input.json`。把下面输入手工保存为UTF-8文件，输出按预期逐项比较。无需安装依赖，没有服务或网络调用；程序只读标准输入并写标准输出，不改原文件。失败信息写标准错误且退出2。恢复是修正输入后重读，清理只删除自己创建的input.json与输出文件，勿递归删除工作目录。

## 预期结果、失败与恢复

输入 ["0000","0003616263"]，预期["abc"]；["00000000"]得到[""]；["0000000361"]退出2并报告truncated frame；["00000401"]报告frame too large。

失败要保留输入和错误，先与正文的不变量及边界核对。没有真实服务或性能验证，不以这些模型输出证明生产可用性。

## 独立练习

解码00000001610000000162；把分界改在第二帧头部第三字节后，再说明结束时缓存应有多少字节。

参考答案：先读第一帧长度1、负载61得a，消费5字节；第二帧头部不完整时保留3字节，下一块补齐长度和62后得b，全部结束缓存为0。未补齐就结束应报截断，不能把缓存静默丢弃。

先作答，再核对

解码00000001610000000162；把分界改在第二帧头部第三字节后，再说明结束时缓存应有多少字节。

逐步参考解答

先读第一帧长度1、负载61得a，消费5字节；第二帧头部不完整时保留3字节，下一块补齐长度和62后得b，全部结束缓存为0。未补齐就结束应报截断，不能把缓存静默丢弃。

来源与适用边界

• 英文官方、作者或规范原文：本专题机制依据；按上述固定版本族阅读。
• 中文官方或作者资料：用于术语和讲解交叉核对，冲突以原始规范为准。