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主程序员的练成:TCP、消息分包和协议设计

时间:2014-11-17 14:09:57      阅读:240      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:主程   http协议   网络编程   协议设计   

在《主程序员的练成:IP、DNS和CDN》中,一次网络请求经过DNS解析知道了目的IP,现在就要发出网络包,这里我们说一说TCP的相关话题。

TCP是一种流式协议

讲网络编程的教科书一般都会对TCP的可靠传输,api用法做详细说明,但对于TCP是一种流式协议讲解的不多,但这背后隐藏着很重要的一个知识点。先做个名词定义方便交流,这里的“消息”是指应用层的一个完整的协议包

流式协议的特点是什么?就像流水连续不断那样,消息之间没有边界。例如send了3条消息,分别是100字节、50字节、80字节,recv时可能收到的是230字节,就是说一次recv收到了3条消息,需要应用逻辑自己对recv到的数据进行分析,得出完整的消息。能一次recv到多个消息,也可能一次recv到一个半消息或半个消息,都是有可能的,这就是流式协议的特点。有的文章讲的粘包也是这个概念。

消息分包

既然TCP是一种流式协议,需要应用层自己来分析出完整的消息,那有哪些方式来确定一个完整消息呢?这个就是应用层通讯协议设计的工作了。

先看看最常见的HTTP协议是如何来分包的。HTTP协议是一种文本协议(非二进制协议),用\r\n\r\n来分割消息头和消息体,HTTP请求的消息头中有Content-Length来告知消息体有多大,如果没有该字段就表示无消息体,GET请求大多是这样。HTTP响应的消息头中,或者有Content-Length,或者有Transfer-Encoding: chunked告知以chunk模式分析消息体。
HTTP请求
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HTTP响应1:Conetent-Length

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HTTP响应2:Transfer-Encoding
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HTTP用\r\n\r\n来分割消息头和消息体,这种用特定字符/字符串来分割或分包的方式,还有不少协议用到。例如FTP/SMTP/POP3都是用\n来作为一个命令结束的标志。这种消息分包的方式,需要应用层去扫描已recv到的数据,性能上还不够高效,代码不严谨的还容易被攻击。在需要自定义协议的项目中,不少选择用二进制协议,解析高效,安全性更好些。

最简单的二进制协议分包方式是消息的头4个字节表示消息的总长度。这种方式还需要对最大消息长度做个限制,例如64K或1024K大小,避免超大数据包对接收方缓冲区的破坏。更进一步的,可以加入简单校验方法。例如消息头1个字节固定式0x2,消息的最后1个字节固定式0x3,消息总长度放在第2~5字节。这样收到完整消息后,如果头尾不是0x2和0x3,就直接异常处理。

协议设计

消息分包是协议设计的一个工作,协议设计的话题还不少,这里以HTTP协议为例,简要的说说里面设计的点,自己设计的协议也可以对照着有选择的使用,原理是共通的。

由消息头+消息体组成:空行分割HTTP head和body,HTTP头的每一行以\r\n结尾,空行就是\r\n\r\n
消息分包:如上所述,HTTP用Content-Length和Transfer-Encodeing来分包
消息压缩:请求中有Accept-Encoding字段,响应中用Content-Encoding字段表明压缩方式,一般采用gzip压缩
消息加密:https  (SSL: Secure Socket Layer)
消息ID:URL就是消息ID
响应的状态码:第一个数字定义了响应的类别。
    1xx:指示信息--表示请求已接收,继续处理
    2xx:成功--表示请求已被成功接收、理解、接受
    3xx:重定向--要完成请求必须进行更进一步的操作
    4xx:客户端错误--请求有语法错误或请求无法实现
    5xx:服务器端错误--服务器未能实现合法的请求
协议版本号: HTTP/1.1中的1.1就是HTTP 1.1版本
长连接:请求中Connection: keep-alive表示希望服务器保持连接,减少TCP连接的开销
字符集: Content-Type字段表明了字符集,例如: Content-Type: text/html; charset=gb2312
字符转义:URL中的参数需要做URL转义处理,例如http://xx.com/do?name=t%2F%3F%23%3Daa表示name为t/?#=aa

在我们自己设计协议时,可以有选择的使用,如果消息比较大,可以采用支持压缩;如果要兼容多个版本的协议,那版本号必不可少。如果采用二进制协议,字符集和字符穿衣的用处不大。


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主程序员的练成:引言

主程序员的练成:技术篇概要

主程序员的练成:IP、DNS和CDN


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主程序员的练成:TCP、消息分包和协议设计

标签:主程   http协议   网络编程   协议设计   

原文地址:http://blog.csdn.net/thinkry/article/details/41207307

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