通过抓包来认识gRpc

在使用gRpc的过程中,有一个想法:gRpc客户端、服务端是怎么交互的呢?

从这个想法萌生出一个验证方法,通过抓包来分析其交互过程与底层数据,一起来看看吧。

1. gRpc是什么

gRpc是什么?

gRPC是一个高性能、开源和通用的 RPC 框架,面向移动和 HTTP/2 设计。目前提供 C、Java 和 Go 语言版本,分别是: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 标准设计,带来诸如双向流、流控、头部压缩、单 TCP 连接上的多复用请求等特。这些特性使得其在移动设备上表现更好,更省电和节省空间占用。

一句话概括:gRpc是Google基于 HTTP/2 + ProtoBuf 开源的一个RPC框架。

2. 准备工作

正所谓:欲善其事必先利其器,所以在开始抓包之前需要做好如下准备:

抓包软件:wireshark代码:gRpc代码操作系统:Windows、Linux、Macos 其一

3. wireshark安装

官网下载地址:https://www.wireshark.org/download.html

wireshark

4. gRpc示例代码

示例代码目录结构

.

└── helloworld

├── client

│ └── main.go

├── go.mod

├── go.sum

├── proto

│ ├── helloworld.pb.go

│ └── helloworld.proto

└── server

└── main.gohelloworld.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;

}通过protoc对proto文件生成go代码

cd proto

protoc --go_out=plugins=grpc:. ./*服务端代码 - 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)

}

}客户端代码 - 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 用于在服务间传递一些参数,注意后面它在交互中出现的位置

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. 步骤

① 运行服务端代码 server/main.go,监听在8080端口

go run server/main.go② 打开wireshark,等待抓包

③ 运行客户端代码 client/main.go

go run client/main.go

6. wireshark抓包gRpc交互过程

wireshark抓包gRpc交互过程

仔细观察Protocol列的协议类型:

TCP 传输层

HTTP2 应用层

GRPC 应用层(基于HTTP/2)

GRPC 跟 HTTPS/2 不同之处在于:GRPC协议中包含了ProtoBuf序列化的数据,也间接印证了 GRPC = HTTP/2 + ProtoBuf

通过抓包我们发现,客户端使用53726端口与监听在8080的服务端进行交互以及数据传递,其过程大概分为10个。

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)

在抓包的过程中,发现应用层出现若干不同帧类型,分别有:Magic、SETTINGS、HEADERS、DATA、WINDOW_UPDATE、PING。

至于它们的作用,且看下面分析:

Magic

magic帧

Magic帧的主要作用是对使用HTTP/2双方协议的确认, 是一个链接前言。作用是确定启用HTTP/2连接。

SETTINGS

SETTINGS的主要作用是设置这一个连接的参数,作用于是整个连接。从图中可以看到出现了多个SETTINGS,原因是在发送完连接前言后,客户端、服务端还需要进一步地确定一些信息。

客户端发送给服务端的SETTINGS

服务端发送给客户端的SETTINGS

HEADERS

HEADERS的主要作用是存储和传递HTTP的头信息。

客户端发送给服务端的HEADERS

可以看到很多重要的信息:

methodschemepathauthoritycontent-typeuser-agent 等这些都是gRpc很重要的基础属性。

注意:

使用google.golang.org/grpc/metadata包metadata在客户端、服务端传递的数据,也在HEADERS中

服务端发送给客户端的HEADERS

仔细观察,服务端发送给客户端的HEADERS帧中 HEADERS数据分为两部分:

HTTP的响应状态及内容(第一个 Stream:HEADERS)status: 200

content-type: application/grpc

gRpc承载的状态信息(第二个 Stream:HEADERS,图片中框起的部分)grpc-status: 0

grpc-message:

DATA

DATA的主要作用是填充主体信息,是数据帧。

客户端发送给服务端的DATA

其中,包含两个重要部分:

① GRPC Message

/proto.Greeter/SayHello 为proto中service定义的的方法,也是服务端对外提供的方法。

② Protocol Buffers

与protobuf有关,其中Field(1)为定义的pb.HelloRequest结构中Name参数 &pb.HelloRequest{Name: "world"} 。

注意:

① pb.HelloRequest{} 结构体中的age字段由于是零值,传输时被忽略,所以没有Field(2)

② 带有request标识,说明这是客户端发起的请求

服务端发送给客户端的DATA

与客户端发送给服务端的DATA类似,其中 Field(1) 为 &pb.HelloReply{Message: "Hello world"}的Message字段。

注意:

① pb.HelloReply{} 结构体中的address字段由于是零值,传输时被忽略,所以没有Field(2)

② 带有response标识,说明这是个响应信息

WINDOW_UPDATE

WINDOW_UPDATE的主要作用是管理流控制窗口。

客户端发送给服务端的WINDOW_UPDATE

服务端发送给客户端的WINDOW_UPDATE

PING

主要作用是用于判断当前连接是否依旧可用,相当于心跳,分为:

客户端ping服务端,服务端pong服务端ping客户端,客户端pong

服务端发送给客户端的PING

客户端响应给服务端的PONG

注意:同一个Ping/Pong,有相同的标识字符串(图示中标识为:02041010090e0707)

总结

我们通过抓包gRpc的交互过程,分析不同类型帧的作用,进一步了解了gRpc。

总结如下:

gRpc在三次握手之后,客户端/服务端会发送连接前言(Magic+SETTINGS)以确立协议和配置gRpc在传输数据过程中会设计滑动窗口(WINDOW_UPDATE)等流控策略gRpc附加信息基于HEADERS帧进行传递,具体的请求/响应数据存储在DATA帧中gRpc请求/响应结果分为HTTP和gRpc状态响应(grpc-status、grpc-message)两种类型如果服务端发起PING,客户端会响应PONG,反之亦然

参考及扩展阅读

wireshark分析grpc协议抓包gRPC的细节及分析使用wireshark对grpc的helloworld抓包分析

原文地址:https://www.toutiao.com/article/6982809482313253406/

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