通過(guò)抓包來(lái)認(rèn)識(shí)gRpc
在使用gRpc的過(guò)程中，有一個(gè)想法：gRpc客戶(hù)端、服務(wù)端是怎么交互的呢?
從這個(gè)想法萌生出一個(gè)驗(yàn)證方法，通過(guò)抓包來(lái)分析其交互過(guò)程與底層數(shù)據(jù)，一起來(lái)看看吧。
1. gRpc是什么
gRpc是什么?
gRPC是一個(gè)高性能、開(kāi)源和通用的 RPC 框架，面向移動(dòng)和 HTTP/2 設(shè)計(jì)。目前提供 C、Java 和 Go 語(yǔ)言版本，分別是：grpc, grpc-java, grpc-go. 其中 C 版本支持 C, C++, Node.js, Python, Ruby, Objective-C, PHP 和 C# 支持。
gRPC基于 HTTP/2 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，帶來(lái)諸如雙向流、流控、頭部壓縮、單 TCP 連接上的多復(fù)用請(qǐng)求等特。這些特性使得其在移動(dòng)設(shè)備上表現(xiàn)更好，更省電和節(jié)省空間占用。
一句話(huà)概括：gRpc是Google基于 HTTP/2 + ProtoBuf 開(kāi)源的一個(gè)RPC框架。
2. 準(zhǔn)備工作
正所謂：欲善其事必先利其器，所以在開(kāi)始抓包之前需要做好如下準(zhǔn)備：
抓包軟件：wireshark
代碼：gRpc代碼
操作系統(tǒng)：Windows、Linux、Macos 其一
3. wireshark安裝
官網(wǎng)下載地址：
https://www.wireshark.org/download.html
wireshark
4. gRpc示例代碼
示例代碼目錄結(jié)構(gòu)
- .
- └── helloworld
- ├── client
- │ └── main.go
- ├── go.mod
- ├── go.sum
- ├── proto
- │ ├── helloworld.pb.go
- │ └── helloworld.proto
- └── server
- └── main.go
helloworld.proto
- syntax = "proto3";
- package proto;
- // The greeting service definition.
- service Greeter {
- // Sends a greeting
- rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {}
- }
- // The request message containing the user's name.
- message HelloRequest {
- string name = 1;
- int32 age = 2;
- }
- // The response message containing the greetings
- message HelloReply {
- string message = 1;
- string address = 2;
- }
通過(guò)protoc對(duì)proto文件生成go代碼
- cd proto
- protoc --go_out=plugins=grpc:. ./*
服務(wù)端代碼 - server/main.go
- package main
- import (
- "context"
- "log"
- "net"
- pb "github.com/ivansli/grpc_helloworld/proto"
- "google.golang.org/grpc"
- )
- const (
- port = ":8080"
- )
- // server is used to implement helloworld.GreeterServer.
- type server struct {}
- // SayHello implements helloworld.GreeterServer
- func (s *server) SayHello(ctx context.Context, in *pb.HelloRequest) (*pb.HelloReply, error) {
- log.Printf("Received: %v", in.GetName())
- return &pb.HelloReply{Message: "Hello " + in.GetName()}, nil
- }
- func main() {
- lis, err := net.Listen("tcp", port)
- if err != nil {
- log.Fatalf("failed to listen: %v", err)
- }
- s := grpc.NewServer()
- pb.RegisterGreeterServer(s, &server{})
- log.Printf("server listening at %v", lis.Addr())
- if err := s.Serve(lis); err != nil {
- log.Fatalf("failed to serve: %v", err)
- }
- }
客戶(hù)端代碼 - client/main.go
- package main
- import (
- "context"
- "google.golang.org/grpc/metadata"
- "log"
- "os"
- "time"
- pb "github.com/ivansli/grpc_helloworld/proto"
- "google.golang.org/grpc"
- )
- const (
- address = "localhost:8080"
- defaultName = "world"
- )
- func main() {
- // Set up a connection to the server.
- conn, err := grpc.Dial(address, grpc.WithInsecure())
- if err != nil {
- log.Fatalf("did not connect: %v", err)
- }
- defer conn.Close()
- c := pb.NewGreeterClient(conn)
- // Contact the server and print out its response.
- name := defaultName
- iflen(os.Args) > 1 {
- name = os.Args[1]
- }
- ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
- defer cancel()
- // ！metadata 用于在服務(wù)間傳遞一些參數(shù)，注意后面它在交互中出現(xiàn)的位置
- ctx = metadata.AppendToOutgoingContext(ctx, "metadata", "is metadata")
- r, err := c.SayHello(ctx, &pb.HelloRequest{Name: name})
- if err != nil {
- log.Fatalf("could not greet: %v", err)
- }
- log.Printf("Greeting: %s", r.GetMessage())
- }
5. 步驟
① 運(yùn)行服務(wù)端代碼 server/main.go，監(jiān)聽(tīng)在8080端口
- go run server/main.go
② 打開(kāi)wireshark，等待抓包
③ 運(yùn)行客戶(hù)端代碼 client/main.go
- go run client/main.go
6. wireshark抓包gRpc交互過(guò)程
wireshark抓包gRpc交互過(guò)程
- 仔細(xì)觀(guān)察Protocol列的協(xié)議類(lèi)型：
- TCP 傳輸層
- HTTP2 應(yīng)用層
- GRPC 應(yīng)用層(基于HTTP/2)
- GRPC 跟 HTTPS/2 不同之處在于：GRPC協(xié)議中包含了ProtoBuf序列化的數(shù)據(jù)，也間接印證了 GRPC = HTTP/2 + ProtoBuf
通過(guò)抓包我們發(fā)現(xiàn)，客戶(hù)端使用53726端口與監(jiān)聽(tīng)在8080的服務(wù)端進(jìn)行交互以及數(shù)據(jù)傳遞，其過(guò)程大概分為10個(gè)。
① TCP三次握手
② Magic
③ SETTINGS
④ HEADERS
⑤ DATA
⑥ WINDOW_UPDATE, PING
⑦ PING(pong)
⑧ HEADERS, DATA
⑨ WINDOW_UPDATE, PING
⑩ PING(pong)
在抓包的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用層出現(xiàn)若干不同幀類(lèi)型，分別有：Magic、SETTINGS、HEADERS、DATA、WINDOW_UPDATE、PING。
至于它們的作用，且看下面分析：
Magic
magic幀
Magic幀的主要作用是對(duì)使用HTTP/2雙方協(xié)議的確認(rèn), 是一個(gè)鏈接前言。作用是確定啟用HTTP/2連接。
SETTINGS
SETTINGS的主要作用是設(shè)置這一個(gè)連接的參數(shù)，作用于是整個(gè)連接。從圖中可以看到出現(xiàn)了多個(gè)SETTINGS，原因是在發(fā)送完連接前言后，客戶(hù)端、服務(wù)端還需要進(jìn)一步地確定一些信息。
客戶(hù)端發(fā)送給服務(wù)端的SETTINGS
服務(wù)端發(fā)送給客戶(hù)端的SETTINGS
HEADERS
HEADERS的主要作用是存儲(chǔ)和傳遞HTTP的頭信息。
客戶(hù)端發(fā)送給服務(wù)端的HEADERS
可以看到很多重要的信息：
- method
- scheme
- path
- authority
- content-type
- user-agent 等
這些都是gRpc很重要的基礎(chǔ)屬性。
- 注意:
- 使用
- google.golang.org/grpc/metadata包metadata在客戶(hù)端、服務(wù)端傳遞的數(shù)據(jù)，也在HEADERS中
服務(wù)端發(fā)送給客戶(hù)端的HEADERS
仔細(xì)觀(guān)察，服務(wù)端發(fā)送給客戶(hù)端的HEADERS幀中 HEADERS數(shù)據(jù)分為兩部分：
- HTTP的響應(yīng)狀態(tài)及內(nèi)容(第一個(gè) Stream：HEADERS)
- status: 200
- content-type: application/grpc
- gRpc承載的狀態(tài)信息(第二個(gè) Stream：HEADERS，圖片中框起的部分)
- grpc-status: 0
- grpc-message:
DATA
DATA的主要作用是填充主體信息，是數(shù)據(jù)幀。
客戶(hù)端發(fā)送給服務(wù)端的DATA
其中，包含兩個(gè)重要部分：
① GRPC Message
/proto.Greeter/SayHello 為proto中service定義的的方法，也是服務(wù)端對(duì)外提供的方法。
② Protocol Buffers
與protobuf有關(guān)，其中Field(1)為定義的pb.HelloRequest結(jié)構(gòu)中Name參數(shù) &pb.HelloRequest{Name: "world"} 。
- 注意：
- ① pb.HelloRequest{} 結(jié)構(gòu)體中的age字段由于是零值，傳輸時(shí)被忽略，所以沒(méi)有Field(2)
- ② 帶有request標(biāo)識(shí)，說(shuō)明這是客戶(hù)端發(fā)起的請(qǐng)求
服務(wù)端發(fā)送給客戶(hù)端的DATA
與客戶(hù)端發(fā)送給服務(wù)端的DATA類(lèi)似，其中 Field(1) 為 &pb.HelloReply{Message: "Hello world"}的Message字段。
- 注意：
- ① pb.HelloReply{} 結(jié)構(gòu)體中的address字段由于是零值，傳輸時(shí)被忽略，所以沒(méi)有Field(2)
- ② 帶有response標(biāo)識(shí)，說(shuō)明這是個(gè)響應(yīng)信息
WINDOW_UPDATE
WINDOW_UPDATE的主要作用是管理流控制窗口。
客戶(hù)端發(fā)送給服務(wù)端的WINDOW_UPDATE
服務(wù)端發(fā)送給客戶(hù)端的WINDOW_UPDATE
PING
主要作用是用于判斷當(dāng)前連接是否依舊可用，相當(dāng)于心跳，分為：
- 客戶(hù)端ping服務(wù)端，服務(wù)端pong
- 服務(wù)端ping客戶(hù)端，客戶(hù)端pong
服務(wù)端發(fā)送給客戶(hù)端的PING
客戶(hù)端響應(yīng)給服務(wù)端的PONG
- 注意：同一個(gè)Ping/Pong，有相同的標(biāo)識(shí)字符串(圖示中標(biāo)識(shí)為：02041010090e0707)
總結(jié)
我們通過(guò)抓包gRpc的交互過(guò)程，分析不同類(lèi)型幀的作用，進(jìn)一步了解了gRpc。
總結(jié)如下：
- gRpc在三次握手之后，客戶(hù)端/服務(wù)端會(huì)發(fā)送連接前言(Magic+SETTINGS)以確立協(xié)議和配置
- gRpc在傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中會(huì)設(shè)計(jì)滑動(dòng)窗口(WINDOW_UPDATE)等流控策略
- gRpc附加信息基于HEADERS幀進(jìn)行傳遞，具體的請(qǐng)求/響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DATA幀中
- gRpc請(qǐng)求/響應(yīng)結(jié)果分為HTTP和gRpc狀態(tài)響應(yīng)(grpc-status、grpc-message)兩種類(lèi)型
- 如果服務(wù)端發(fā)起PING，客戶(hù)端會(huì)響應(yīng)PONG，反之亦然
