详解Mysql通讯协议

 更新时间:2017年12月28日 08:47:52   投稿:laozhang   我要评论
这篇文章对Mysql的通讯协议做了详细介绍和说明,希望我们整理的内容对你有用,一起学习下吧。

1.Mysql的连接方式

要了解Mysql的通讯协议,首先需要知道是以哪种连接方式去连接Mysql服务器的;Mysql的主要连接方式包括:Unix套接字,内存共享,命名管道,TCP/IP套接字等。

1.1Unix套接字

在Linux和Unix环境下,可以使用Unix套接字进行Mysql服务器的连接;Unix套接字其实不是一个网络协议,只能在客户端和Mysql服务器在同一台电脑上才可以使用,使用方式也很简单:

root@root ~]# mysql -uroot -proot
mysql> show variables like 'socket';
+---------------+---------------------------+
| Variable_name | Value      |
+---------------+---------------------------+
| socket  | /var/lib/mysql/mysql.sock |
+---------------+---------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

以上命令查询Unix套接字文件的位置;

1.2命名管道和内存共享

在window系统中客户端和Mysql服务器在同一台电脑上,可以使用命名管道和共享内存的方式,

命名管道开启:–shared-memory=on/off;

共享内存开启:–enable-named-pipe=on/off;

1.3TCP/IP套接字

在任何系统下都可以使用的方式,也是使用最多的连接方式,本文要介绍的通讯协议也是基于此连接方式的,下面通过tcpdump对TCP/IP套接字有一个初步的了解:

服务器端:

[root@root ~]# tcpdump port 3306
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on venet0, link-type LINUX_SLL (Linux cooked), capture size 65535 bytes

服务器端监听3306端口(也就是Mysql的端口);

客户端:

C:\Users\hui.zhao>mysql -h64.xxx.xxx.xxx -uroot -proot
mysql> exit
Bye

客户端连接服务器,然后断开连接,这时候观察服务器的监听结果日志:

[root@root ~]# tcpdump port 3306
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on venet0, link-type LINUX_SLL (Linux cooked), capture size 65535 bytes
02:06:25.442472 IP 153.3.251.202.33876 > root.mysql: Flags [S], seq 27289263, win 8192, options [mss 1460,nop,wscale 8,nop,nop,sackOK], length 0
02:06:25.442763 IP root.mysql > 153.3.251.202.33876: Flags [S.], seq 2014324548, ack 27289264, win 14600, options [mss 1460,nop,nop,sackOK,nop,wscale 7], length 0
02:06:25.617449 IP 153.3.251.202.33876 > root.mysql: Flags [.], ack 1, win 256, length 0
02:06:29.812946 IP root.mysql > 153.3.251.202.33876: Flags [P.], seq 1:57, ack 1, win 115, length 56
02:06:29.992362 IP 153.3.251.202.33876 > root.mysql: Flags [P.], seq 1:63, ack 57, win 256, length 62
02:06:29.992411 IP root.mysql > 153.3.251.202.33876: Flags [.], ack 63, win 115, length 0
02:06:29.992474 IP root.mysql > 153.3.251.202.33876: Flags [P.], seq 57:68, ack 63, win 115, length 11
02:06:30.166992 IP 153.3.251.202.33876 > root.mysql: Flags [P.], seq 63:100, ack 68, win 256, length 37
02:06:30.167109 IP root.mysql > 153.3.251.202.33876: Flags [P.], seq 68:158, ack 100, win 115, length 90
02:06:30.536298 IP 153.3.251.202.33876 > root.mysql: Flags [.], ack 158, win 256, length 0
02:06:34.568611 IP 153.3.251.202.33876 > root.mysql: Flags [P.], seq 100:105, ack 158, win 256, length 5
02:06:34.568620 IP 153.3.251.202.33876 > root.mysql: Flags [F.], seq 105, ack 158, win 256, length 0
02:06:34.568751 IP root.mysql > 153.3.251.202.33876: Flags [F.], seq 158, ack 106, win 115, length 0
02:06:34.743815 IP 153.3.251.202.33876 > root.mysql: Flags [.], ack 159, win 256, length 0

[S]:SYN发起连接标志,[P]:PUSH传送数据标志,[F]:FIN关闭连接标志,[.]:表示确认包;

可以大致看出流程:建立tcp连接,客户端和Mysql服务器建立连接通讯,关闭tcp连接;

[S][S.][.]这几个数据包表示tcp连接的三次握手;

[F.][F.][.]这几个数据包表示tcp连接的四次挥手;

中间的多个[P.][.]其实就是客户端和Mysql服务器建立连接发送的协议数据包。

2.协议分析

Mysql协议被用在Mysql Clients和Mysql Server通讯的时候,具体有以下几个场景:客户端和服务器进行连接,Mysql代理以及主从备份;

MySQL客户端与服务器的交互主要分为两个阶段:Connection Phase(连接阶段或者叫认证阶段)和Command Phase(命令阶段);

结合tcpdump的输出,客户端和服务器端通讯的整个流程大致如下:

1.建立tcp连接三次握手;
2.与Mysql服务器建立连接,即Connection Phase(连接阶段或者叫认证阶段);
 s->c:发送握手初始化包(a Initial Handshake Packet)
 c->s:发送验证包(authentication response)
 s->c:服务器发送认证结果包
3.认证通过之后,服务器端接受客户端的命令包,发送相应的响应包,即Command Phase(命令阶段);
4.断开连接请求exit命令;
5.四次挥手tcp断开连接;

2.1基本类型

在整个协议中的基本类型:整数型和字符串型;

2.1.1整数型

分为两种类型Fixed-Length Integer Types和Length-Encoded Integer Type;

Fixed-Length Integer Types:

一个固定长度的无符号整数将其值存储在一系列字节中,具体固定字节数可以是:1,2,3,4,6,8;

Length-Encoded Integer Type:

存储需要的字节数取决于数值的大小,具体可参照如下:

1个字节:0<=X<251;

2个字节:251<=X<2^16;

3个字节:2^16<=X<2^24;

9个字节:2^24<=X<2^64;

2.1.2字符串型

分为5种类型包括,FixedLengthString,NullTerminatedString,VariableLengthString,LengthEncodedString和RestOfPacketString;

FixedLengthString:固定长度的字符串具有已知的硬编码长度,一个例子是ERR_Packet的SQL状态,它总是5个字节长;
NullTerminatedString:以遇到Null(字节为00)结束的字符串;

VariableLengthString:可变字符串,字符串的长度由另一个字段决定或在运行时计算,比如int+value,int为长度,value为指定长度的字节数;

LengthEncodedString:以描述字符串长度的长度编码的整数作为前缀的字符串,是VariableLengthString指定的int+value方式;

RestOfPacketString:如果一个字符串是数据包的最后一个组件,它的长度可以从整个数据包长度减去当前位置来计算;

2.2基本数据包

如果MySQL客户端或服务器想要发送数据,则:

每个数据包大小不能超过2^24字节(16MB);

在每个数据块前面加上一个数据包头;

包格式如下:

int<3>:具体包内容的长度;除去int<3>+int<1>=4字节长度;
int<1>:sequence_id随每个数据包递增,并可能环绕。 它从0开始,在命令阶段开始一个新的命令时重置为0;
string<var>:具体数据内容,也是int<3>指定的长度;

例如:

01 00 00对应int表示具体数据内容的长度为1个字节;

00对应int表示sequence_id;

01对应string前面指定的数据内容为1个字节。

2.3报文类型

可以分成三个大类:登录认证报文,客户端请求报文以及服务器端返回报,基于mysql5.1.73(mysql4.1以后的版本)

2.3.1登录认证报文

主要在交互的认证阶段,由上文中可以知道一共分为三个阶段:Handshake Packet,authentication response以及结果包,这里主要分析前两个包;

2.3.1.1 Handshake Packet

1字节:协议版本号
NullTerminatedString:数据库版本信息
4字节:连接MySQL Server启动的线程ID
8字节:挑战随机数,用于数据库认证
1字节:填充值(0x00)
2字节:用于与客户端协商通讯方式
1字节:数据库的编码
2字节:服务器状态
13字节:预留字节
12字节:挑战随机数,用于数据库认证
1字节:填充值(0x00)

使用tcpdump进行监听,输出十六进制日志如下:

[root@root ~]# tcpdump port 3306 -X
......
03:20:34.299521 IP root.mysql > 153.3.251.202.44658: Flags [P.], seq 1:57, ack 1, win 115, length 56
 0x0000: 4508 0060 09f1 4000 4006 c666 43da 9190 E..`..@.@..fC...
 0x0010: 9903 fbca 0cea ae72 bb4e 25ba 21e7 27e3 .......r.N%.!.'.
 0x0020: 5018 0073 b1e0 0000 3400 0000 0a35 2e31 P..s....4....5.1
 0x0030: 2e37 3300 4024 0000 5157 4222 252f 5f6f .73.@$..QWB"%/_o
 0x0040: 00ff f708 0200 0000 0000 0000 0000 0000 ................
 0x0050: 0000 0032 4a5d 7553 7e45 784f 627e 7400 ...2J]uS~ExOb~t.

包的总长度是56,减去int<3>+int<1>4字节=52字节,对应的十六进制就是34;int<3>十六进制为3400 00表示包内容长度,int<1>十六进制为00表示sequence_id;后续的内容就是包体内容共52字节,0a对应的十进制是10,所有协议号版本是10;后续的数据库版本信息遇到00结束,35 2e31 2e37 33对应的5.1.73,正是当前使用的数据库版本;4024 0000对应十进制是6436;08表示数据库的编码;0200表示服务器状态;后续的13对00为预留字节;最后的13个字节是挑战随机数和填充值。

2.3.1.2 Authentication Packet

4字节:用于与客户端协商通讯方式
4字节:客户端发送请求报文时所支持的最大消息长度值
1字节:标识通讯过程中使用的字符编码
23字节:保留字节
NullTerminatedString:用户名
LengthEncodedString:加密后的密码
NullTerminatedString:数据库名称(可选)

使用tcpdump进行监听,输出十六进制日志如下:

03:20:34.587416 IP 153.3.251.202.44658 > root.mysql: Flags [P.], seq 1:63, ack 57, win 256, length 62
 0x0000: 4500 0066 29ee 4000 7006 766b 9903 fbca E..f).@.p.vk....
 0x0010: 43da 9190 ae72 0cea 21e7 27e3 bb4e 25f2 C....r..!.'..N%.
 0x0020: 5018 0100 d8d2 0000 3a00 0001 85a6 0f00 P.......:.......
 0x0030: 0000 0001 2100 0000 0000 0000 0000 0000 ....!...........
 0x0040: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 726f 6f74 ............root
 0x0050: 0014 ff58 4bd2 7946 91a0 a233 f2c1 28af ...XK.yF...3..(.
 0x0060: d578 0762 c2e8       .x.b..

包的总长度是62,减去int<3>+int<1>4字节=58字节,对应的十六进制就是3a;int<3>十六进制为3a00 00表示包内容长度;int<1>十六进制为01表示sequence_id;726f 6f74 00是用户名解码后是root;后面是加密后的密码类型是

LengthEncodedString,14对应的十进制是20,后面20个字节就是加密后的密码;可选的数据库名称不存在。

2.4客户端请求报文

int<1>:执行的命令,比如切换数据库
string<var>:命令相应的参数

命令列表:

0x00 COM_SLEEP (内部线程状态)
0x01 COM_QUIT 关闭连接
0x02 COM_INIT_DB 切换数据库
0x03 COM_QUERY SQL查询请求
0x04 COM_FIELD_LIST 获取数据表字段信息
0x05 COM_CREATE_DB 创建数据库
0x06 COM_DROP_DB 删除数据库
0x07 COM_REFRESH 清除缓存
0x08 COM_SHUTDOWN 停止服务器
0x09 COM_STATISTICS 获取服务器统计信息
0x0A COM_PROCESS_INFO 获取当前连接的列表
0x0B COM_CONNECT (内部线程状态)
0x0C COM_PROCESS_KILL 中断某个连接
0x0D COM_DEBUG 保存服务器调试信息
0x0E COM_PING 测试连通性
0x0F COM_TIME (内部线程状态)
0x10 COM_DELAYED_INSERT (内部线程状态)
0x11 COM_CHANGE_USER 重新登陆(不断连接)
0x12 COM_BINLOG_DUMP 获取二进制日志信息
0x13 COM_TABLE_DUMP 获取数据表结构信息
0x14 COM_CONNECT_OUT (内部线程状态)
0x15 COM_REGISTER_SLAVE 从服务器向主服务器进行注册
0x16 COM_STMT_PREPARE 预处理SQL语句
0x17 COM_STMT_EXECUTE 执行预处理语句
0x18 COM_STMT_SEND_LONG_DATA 发送BLOB类型的数据
0x19 COM_STMT_CLOSE 销毁预处理语句
0x1A COM_STMT_RESET 清除预处理语句参数缓存
0x1B COM_SET_OPTION 设置语句选项
0x1C COM_STMT_FETCH 获取预处理语句的执行结果

比如:use test;使用tcpdump进行监听,输出十六进制日志如下:

22:04:29.379165 IP 153.3.251.202.33826 > root.mysql: Flags [P.], seq 122:131, ack 222, win 64019, length 9
 0x0000: 4500 0031 3f19 4000 7006 6175 9903 fbca E..1?.@.p.au....
 0x0010: 43da 9190 8422 0cea 42e2 524b 7e18 25c1 C...."..B.RK~.%.
 0x0020: 5018 fa13 a07b 0000 0500 0000 0274 6573 P....{.......tes
 0x0030: 74

包的总长度是9,减去int<3>+int<1>4字节=5字节,对应的十六进制就是05;int<3>十六进制为0500 00表示包内容长度;int<1>十六进制为00表示sequence_id;02对应COM_INIT_DB,后面是test的二进制编码;

2.5服务器响应报文

对于客户端发送给服务器的大多数命令,服务器返回其中一个响应的数据包:OK_Packet,ERR_Packet和EOF_Packet,Result Set;

2.5.1OK_Packet

表示成功完成一个命令,具体格式如下:

int<1>:0x00或0xFEOK包头
int<lenenc>:受影响行数
int<lenenc>:最后插入的索引ID
int<2>:服务器状态
int<2>:告警计数 注:MySQL 4.1 及之后的版本才有
string<lenenc>:服务器消息(可选)

use test;服务器返回的包,使用tcpdump进行监听,输出十六进制日志如下:

22:04:29.379308 IP root.mysql > 153.3.251.202.33826: Flags [P.], seq 222:233, ack 131, win 14600, length 11
 0x0000: 4508 0033 4a0a 4000 4006 867a 43da 9190 E..3J.@.@..zC...
 0x0010: 9903 fbca 0cea 8422 7e18 25c1 42e2 5254 ......."~.%.B.RT
 0x0020: 5018 3908 3b61 0000 0700 0001 0000 0002 P.9.;a..........
 0x0030: 0000 00

包的总长度是11,减去int<3>+int<1>4字节=7字节,对应的十六进制就是07;int<3>十六进制为0700 00表示包内容长度;int<1>十六进制为01表示sequence_id;00表示包头;00表示受影响行数;00表示最后插入的索引ID;0200表示服务器状态;

2.5.2ERR_Packet

表示发生了错误,具体格式如下:

int<1>:0xFF ERR包头
int<2>:错误码
string[1]:Sql状态标识 注:MySQL 4.1 及之后的版本才有
string[5]:Sql状态  注:MySQL 4.1 及之后的版本才有
string<EOF>:错误消息

2.5.3EOF_Packet

以标记查询执行结果的结束:

int<1>:EOF值(0xFE)
int<2>:告警计数 注:MySQL 4.1 及之后的版本才有
int<2>:状态标志位 注:MySQL 4.1 及之后的版本才有

2.5.4Result Set

当客户端发送查询请求后,在没有错误的情况下,服务器会返回结果集(Result Set)给客户端,一共有5个部分:

Result Set Header  返回数据的列数量
Field     返回数据的列信息(多个)
EOF      列结束
Row Data    行数据(多个)
EOF      数据结束

2.5.4.1Result Set Header

Length-Encoded Integer Field结构的数量
Length-Encoded Integer 额外信息

2.5.4.2Field

LengthEncodedString  目录名称
LengthEncodedString  数据库名称
LengthEncodedString  数据表名称
LengthEncodedString  数据表原始名称
LengthEncodedString  列(字段)名称
LengthEncodedString  列(字段)原始名称
int<1>     填充值
int<2>     字符编码
int<4>     列(字段)长度
int<1>     列(字段)类型
int<2>     列(字段)标志
int<1>     整型值精度
int<2>     填充值(0x00)
LengthEncodedString  默认值

2.5.4.3EOF

参考2.5.3EOF_Packet

2.5.4.4Row Data

LengthEncodedString  字段值
......     多个字段值

实例分析,表信息如下:

CREATE TABLE `btest` (
 `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
 `age` int(11) DEFAULT NULL,
 `name` varchar(255) DEFAULT NULL,
 PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1000 DEFAULT CHARSET=utf8

select * from btest;服务器返回的数据如下:

mysql> select * from btest;
+----+------+---------+
| id | age | name |
+----+------+---------+
| 1 | 10 | zhaohui |
| 2 | 11 | zhaohui |
+----+------+---------+

服务器返回的包,使用tcpdump进行监听,输出十六进制日志如下:

01:54:21.522660 IP root.mysql > 153.3.251.202.58587: Flags [P.], seq 1:196, ack 24, win 115, length 195
 0x0000: 4508 00eb 8839 4000 4006 4793 43da 9190 E....9@.@.G.C...
 0x0010: 9903 fbca 0cea e4db 9dd8 0216 eda6 f730 ...............0
 0x0020: 5018 0073 ca34 0000 0100 0001 0328 0000 P..s.4.......(..
 0x0030: 0203 6465 6604 7465 7374 0562 7465 7374 ..def.test.btest
 0x0040: 0562 7465 7374 0269 6402 6964 0c3f 0014 .btest.id.id.?..
 0x0050: 0000 0008 0342 0000 002a 0000 0303 6465 .....B...*....de
 0x0060: 6604 7465 7374 0562 7465 7374 0562 7465 f.test.btest.bte
 0x0070: 7374 0361 6765 0361 6765 0c3f 000b 0000 st.age.age.?....
 0x0080: 0003 0000 0000 002c 0000 0403 6465 6604 .......,....def.
 0x0090: 7465 7374 0562 7465 7374 0562 7465 7374 test.btest.btest
 0x00a0: 046e 616d 6504 6e61 6d65 0c21 00fd 0200 .name.name.!....
 0x00b0: 00fd 0000 0000 0005 0000 05fe 0000 2200 ..............".
 0x00c0: 0d00 0006 0131 0231 3007 7a68 616f 6875 .....1.10.zhaohu
 0x00d0: 690d 0000 0701 3202 3131 077a 6861 6f68 i.....2.11.zhaoh
 0x00e0: 7569 0500 0008 fe00 0022 00    ui.......".

0328 0000 02对应的是Result Set Header,03表示3个字段;03 6465 66对应的是目录名称的默认值def,03表示后面的字节数为3;04 7465 7374

对应的是数据库名称test;0562 7465 7374对应的是数据表名称btest;0562 7465 7374对应的是数据表原始名称btest;0269 64对应字段名称id;02 6964对应列(字段)原始名称id;0c3f 00对应的是填充值和字符编码;14 0000 00对应的十进制是20表示列(字段)长度;08 0342 00分别表示列(字段)类型,标识,整型值精度;00002个字节为填充值;00为默认值表示空的;

后续的age和name字段同上,不在重复;

0131类型LengthEncodedString对应的字符1就是id的值;0231 30类型LengthEncodedString对应的字符10就是age的值;07 7a68 616f 6875 69类型LengthEncodedString对应的字符zhaohui就是name的值;

以上就是我们给大家整理的关于MYSQL通讯协议相关的全部内容,大家在学习的时候如果还有任何不明白的地方可以留言给我们,感谢你对脚本之家的支持。

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