簡述

互聯(lián)網(wǎng)上充斥著各種各樣的網(wǎng)絡服務，在對外提供網(wǎng)絡服務時，服務端和客戶端需要遵循同一套數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，才能正常的進行通訊；就好像你跟臺灣人溝通用閩南語，跟廣東人溝通就用粵語一樣。

實現(xiàn)自己的應用功能時，已知的知名協(xié)議（http，smtp，ftp等）在安全性、可擴展性等方面不能滿足需求，從而需要設計并實現(xiàn)自己的應用層協(xié)議。

2.協(xié)議分類

2.1按編碼方式

二進制協(xié)議比如網(wǎng)絡通信運輸層中的tcp協(xié)議。

明文的文本協(xié)議比如應用層的http、redis協(xié)議。

混合協(xié)議（二進制+明文）比如蘋果公司早期的APNs推送協(xié)議。

2.2按協(xié)議邊界

固定邊界協(xié)議能夠明確得知一個協(xié)議報文的長度，這樣的協(xié)議易于解析，比如tcp協(xié)議。

模糊邊界協(xié)議無法明確得知一個協(xié)議報文的長度，這樣的協(xié)議解析較為復雜，通常需要通過某些特定的字節(jié)來界定報文是否結束，比如http協(xié)議。

3.協(xié)議優(yōu)劣的基本評判標準

高效的快速的打包解包減少對cpu的占用，高數(shù)據(jù)壓縮率降低對網(wǎng)絡帶寬的占用。

簡單的易于人的理解、程序的解析。

易于擴展的對可預知的變更，有足夠的彈性用于擴展。

容易兼容的

向前兼容，對于舊協(xié)議發(fā)出的報文，能使用新協(xié)議進行解析，只是新協(xié)議支持的新功能不能使用。

向后兼容，對于新協(xié)議發(fā)出的報文，能使用舊協(xié)議進行解析，只是新協(xié)議支持的新功能不能使用。

4.自定義應用層協(xié)議的優(yōu)缺點

4.1優(yōu)點

非知名協(xié)議，數(shù)據(jù)通信更安全，黑客如果要分析協(xié)議的漏洞就必須先破譯你的通訊協(xié)議。

擴展性更好，可以根據(jù)業(yè)務需求和發(fā)展擴展自己的協(xié)議，而已知的知名協(xié)議不好擴展。

4.2缺點

設計難度高，協(xié)議需要易擴展，最好能向后向前兼容。

實現(xiàn)繁瑣，需要自己實現(xiàn)序列化和反序列化。

5.動手前的預備知識

5.1大小端

計算機系統(tǒng)在存儲數(shù)據(jù)時起始地址是高地址還是低地址。

大端從高地址開始存儲。

小端從低地址開始存儲。

圖解

判斷這里以c/c++語言代碼為例，使用了c語言中聯(lián)合體的特性。

5.2網(wǎng)絡字節(jié)序

顧名思義就是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡傳送的字節(jié)流中的起始地址的高低，為了避免在網(wǎng)絡通信中引入其他復雜性，網(wǎng)絡字節(jié)序統(tǒng)一是大端的。

5.3本地字節(jié)序

本地操作系統(tǒng)的大小端，不同操作系統(tǒng)可能采用不同的字節(jié)序。

5.4內(nèi)存對象與布局

任何變量，不管是堆變量還是棧變量都對應著操作系統(tǒng)中的一塊內(nèi)存，由于內(nèi)存對齊的要求程序中的變量并不是緊湊存儲的，例如一個c語言的結構體Test在內(nèi)存中的布局可能如下圖所示。

5.5序列化與反序列化

將計算機語言中的內(nèi)存對象轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡字節(jié)流，例如把c語言中的結構體Test轉(zhuǎn)化成uint8_t data[6]字節(jié)流。

將網(wǎng)絡字節(jié)流轉(zhuǎn)換為計算機語言中的內(nèi)存對象，例如把uint8_t data[6]字節(jié)流轉(zhuǎn)化成c語言中的結構體Test。

6.一個例子

6.1 協(xié)議設計

本協(xié)議采用固定邊界+混合編碼策略。

協(xié)議頭8字節(jié)的定長協(xié)議頭。支持版本號，基于魔數(shù)的快速校驗，不同服務的復用。定長協(xié)議頭使協(xié)議易于解析且高效。

協(xié)議體變長json作為協(xié)議體。json使用明文文本編碼，可讀性強、易于擴展、前后兼容、通用的編解碼算法。json協(xié)議體為協(xié)議提供了良好的擴展性和兼容性。

協(xié)議可視化圖

6.2 協(xié)議實現(xiàn)

talk is easy，just code it，使用c/c++語言來實現(xiàn)。

6.2.1c/c++語言實現(xiàn)

使用結構體MyProtoHead來存儲協(xié)議頭

6.2.2打包（序列化）

6.2.3解包（反序列化）

7.完整源碼與測試

code is easy，just run it.

7.1源碼

7.2運行測試

8.總結

不到350行的代碼向我們展示了一個自定義的應用層協(xié)議該如何實現(xiàn)，當然這個協(xié)議是不夠完善的，還可以對其完善，比如對協(xié)議體進行加密加強協(xié)議的安全性等。

審核編輯：劉清