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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