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.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.go

② 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：

• method
• scheme
• path
• authority
• content-type
• user-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