主程的晋升攻略(4)：TCP、消息分包和协议设计

在《主程的晋升攻略(3)：IP、DNS和CDN》中，一次网络请求经过DNS解析知道了目的IP，如今就要发出网络包，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使用方法做具体说明，但对于TCP是一种流式协议解说的不多，但这背后隐藏着非常重要的一个知识点。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。比如send了3条消息。各自是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，须要应用逻辑自己对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，须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协议是怎样来分包的。

HTTP协议是一种文本协议（非二进制协议）。用\r\n\r\n来切割消息头和消息体，HTTP请求的消息头中有Content-Length来告知消息体有多大，假设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





HTTP响应1：Conetent-Length









HTTP响应2：Transfer-Encoding

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvVGhpbmtyeQ==/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="">





HTTP用\r\n\r\n来切割消息头和消息体，这样的用特定字符/字符串来切割或分包的方式。还有不少协议用到。比如FTP/SMTP/POP3都是用\n来作为一个命令结束的标志。这样的消息分包的方式，须要应用层去扫描已recv到的数据，性能上还不够高效，代码不严谨的还easy被攻击。在须要自己定义协议的项目中。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。这样的方式还须要对最大消息长度做个限制。比如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。能够增加简单校验方法。

比如消息头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。假设头尾不是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。自己设计的协议也能够对比着有选择的使用，原理是共通的。



由消息头+消息体组成：空行切割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，一般採用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--要完毕请求必须进行更进一步的操作

    4xx：client错误--请求有语法错误或请求无法实现

    5xx：server端错误--server未能实现合法的请求

协议版本号号： HTTP/1.1中的1.1就是HTTP 1.1版本号

长连接：请求中Connection: keep-alive表示希望server保持连接，降低TCP连接的开销

字符集： Content-Type字段表明了字符集。比如: Content-Type: text/html; charset=gb2312

字符转义：URL中的參数须要做URL转义处理，比如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，能够有选择的使用。假设消息比較大，能够採用支持压缩；假设要兼容多个版本号的协议，那版本号号不可缺少。假设採用二进制协议。字符集和字符穿衣的用处不大。

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主程的晋升攻略(1)：重要的引言

主程的晋升攻略(2)：技术篇概要

主程的晋升攻略(3)：IP、DNS和CDN

主程的晋升攻略(5)：HTTP协议和二进制协议的对照

主程的晋升攻略(6)：CGI和FastCGI





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