花枝招展的Web,传输层如何进行协议选型

 联系我们     |      2020-03-31 18:02

程序员对c/s与b/s的选择,始终是争论不休的问题。我来谈谈自己的看法。

系统设计,协议先行。

大部分技术人没有接触协议的设计细节,更多的是使用已有协议进行应用层的编码,例如:

(1)使用http作为载体,设计get/post/cookie参数

(2)使用dubbo框架,而不用去深究内部的二进制包头包体,以及序列号反序列化的细节

无论如何,了解协议设计的原则,对深入理解系统通信非常有帮助。今天就以即时通讯(后称im)为例,讲讲应用层的协议选型。

其实也没啥好争的,b/s只不过是c/s的一种特例而已,“Client”特殊地以“Browser”替代而已,“Server”不变,所以,把两种模式并驾齐驱、争论不休实在毫无意义,而那些把b/s说得天花乱坠、欲将风头淹没c/s的举动更是无知之举。

一、im协议的分层设计

所谓“协议”是双方共同遵守的规则,例如:离婚协议,停战协议。协议有语法、语义、时序三要素。
(1)语法:即数据与控制信息的结构或格式
(2)语义:即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应
(3)时序:即事件实现顺序的详细说明

im协议设计分为三层:应用层、安全层、传输层。
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分别看下这三层的协议应该如何选型。

要知道,b/s再怎么变,它始终还是c/s,儿子生出来了,却想把老子毙了,是不是很好笑?要知道你b/s血管里流的还是c/s的血,你再变,还是无法抛弃c/s遗传给你的基因的。孙悟空再本事,有办法逃出如来的手掌么?

二、im应用层协议设计

应用层协议选型,常见的有三种:文本协议、二进制协议、流式XML协议。

(1)文本协议
文本协议是指 “贴近人类书面语言表达”的通讯传输协议,典型的协议是http协议,一个http协议大致长成这样:

GET / HTTP/1.1
User-Agent: curl
Host: musicml.net
Accept: */*

 

文本协议的特点是:

  • a.可读性好,便于调试
  • b.扩展性也好(通过key:value扩展)
  • c.解析效率一般(一行一行读入,按照冒号分割,解析key和value)
  • d.对二进制的支持不好 ,比如语音/视频

im中,msn使用的是文本协议。

(2)二进制协议

二进制协议是指binary协议,典型是ip协议,以下是ip协议的一个图示:
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二进制协议一般定长包头和可扩展变长包体 ,每个字段固定了含义 ,例如IP协议的前4个bit表示协议版本号 (Version)。
二进制协议有这样一些特点

  • a.可读性差,难于调试
  • b.扩展性不好 ,如果要扩展字段,旧版协议就不兼容了,所以一般设计时会有一个Version字段
  • c.解析效率超高(几乎没有解析代价)
  • 对二进制的支持不好 ,比如语音/视频

百家了乐八大技巧 ,im中,QQ使用的时二进制协议。

(3)流式XML协议
im的准标准协议xmpp就是使用流式XML,像gtalk,校内通这些im都是基于xmpp的,让我们来看一个xmpp协议的例子:

<message

to=’romeo@example.net’

from=’juliet@example.com’

type=’chat’

xml : lang=’en’>

<body>Wherefore art thou, Romeo?</body>

</message>

从xml标签中大致可以判断这是一个romeo发给juliet的聊天消息。
xmpp协议可以实现跨域的互通。例如gtalk和校内通用户聊天。只要服务端实现了s2s服务(server to server) ,不过现在的im基本没有互通需求 ,所以这个服务基本没有人实现。
Xmpp协议有几个特点:

  • a.它是准标准协议,可以跨域互通
  • b.XML的优点,可读性好,扩展性好
  • c.解析代价超高(dom解析)
  • d.有效数据传输率超低(大量的标签)

个人旗帜鲜明的强烈不建议使用xmpp,特别是无线端im,如果要用,一定要自己做压缩 ,减少网络流量(用过xmpp的同学都清楚,发一个登录包需要多少交互,要浪费多少流量)。 

实际的栗子
下面来看一个im协议的实际例子 ,一般常见的做法是:定长二进制包头,可扩展变长包体

  • 包体可以使用用文本、XML等扩展性好的协议。
  • 包头负责传输和解析效率,与业务无关。包体保证扩展性,与业务相关。

这是一个实际的16字节im二进制定长包头

//sizeof(cs_lom599乐百家手机 ,header)=16
struct cs_header
{
uint32_t version;
uint32_t magic_num;
uint32_t cmd;
uint32_t len;
uint8_t data[];
}__attribute__((packed));

  • a.前4个字节是version;
  • b.接下来的4个字节是个“魔法数字(magic_num)“,用来保证数据错位或丢包问题,常见的做法是,包头放几个约定好的特殊字符,包尾放几个约定好的特殊字符 约定好,发给你的协议,某几个字节位置,是0x 01020304 ,才是正常报文;
  • c.接下来是command(命令号),用来区分是keepalive报文、业务报文、密钥交换报文等;
  • d.len(包体长度),告知服务端要接收多长的包体。

这是一个实际的可扩展im变长包体

message CUserLoginReq
{
optional string username = 1;
optional string passwd = 2;
}

message CUserLoginResp
{
optional uint64 uid =1;
}

使用的是google的Protobuf协议,可以看到,登录请求包传入的是用户名与密码,登录响应包返回的是用户的uid。
当然,除了Protobuf,可选择的可扩展包体协议还有xml、json、mcpack(这...)等。

个人旗帜鲜明的推荐使用Protobuf,主要有几个原因:

  • a.现成的解析库种类多,可以生成C++、Java、php等代码
  • b.自带压缩功能
  • c.在工业界已广泛应用
  • d.google制造

何以证明b/s是c/s的儿子?从协议层面分析就非常清楚了。b/s是基于http协议实现的,而我们知道,http协议只不过Internet应用层协议之一罢了,其地位也不过是与smtp、pop3、ftp等协议平起平坐。从实现的角度来看,也不过是采用c/s里最常见的socket技术。大部分的这些Internet应用层协议都是c/s的一种应用,而web因基于的http协议,所以是不可能脱离这种框架的。

三、im安全层协议设计

im协议,消息的保密性非常重要 ,谁都不希望自己聊天内容被看到,所以安全层是必不可少的。