前言

一天，老板丢了一份网络协议给你：“把这个实现一下吧。”
你：“？？？？”

我是谁？我在哪里？协议是什么？于是，你懵逼的苦逼的一天就此拉开了序幕了。
关于网络协议的基础，我这里不打算说，想谈谈，拿到一份协议，我们要怎么办？顺便记录一下自己对网络协议实现的理解。

这两篇文章希望能够帮助大家从零开始实现一个应用层协议。

协议的主要构成

一个协议栈可能会包含1~n层，不过每层的结构都是一致的，因此我们只要能够理解单层协议，也就自然可以理解n层的协议栈了。

典型的单层网络协议构成如下图：
在这里插入图片描述

可以看到，一个协议栈由横向和纵向两部分构成：

一个协议的主要交互对象是使用该协议的两端(也可以是多端)实体entity
- 两端的实体被称为同层对等实体，他们通常会被区分为服务端和客户端；
- 两端之间通过PDU(协议数据单元)也就是常说的符合本协议层规范的数据包进行交互。
一个k层的实体向上层(k+1层)实体提供服务Service，同时调用下层提供的服务
- 这个上层可以是上层协议，也可以是使用第k层协议的应用；
- 我们常见的下层如TCP,UDP,IP等；
- 协议提供的服务主要通过一组Service primitive(服务原语)，定义服务接口。

因此，一个网络协议的核心要素主要有：协议Protocol和PDU(Protocol Data Unit)协议数据单元、以及服务Service和服务原语，我们阅读协议的时候大致也可以先从这几个要素入手。

协议和协议数据单元构成了协议栈的横向信息交换的规则定义。

协议主要是同层对等实体之间交换信息的规则。这个信息交换由PDU来进行支持。

PDU其实就是双方协议实体约定好的沟通的数据规范格式。
讲到PDU，一般容易牵扯到一个概念叫做SDU。简单说，本层实体处理的用户数据集合=SDU，SDU+本层的协议包头（尾）构成的集合=PDU。

对于PDU的发送端协议实体来说，通过对消息类型域的编码并打包本层PDU，将本协议实体的意图传达给对端。
对接收方协议实体来说，通过解析PDU，获取PDU中本层的协议包头，理解本协议的各消息类型域，从而理解对端的意图。
一般来说，PDU分成数据型PDU和管理型PDU
- 数据型PDU主要用于传输用户数据
- 管理型PDU主要用于实现协议的管理功能，典型的如建立连接、断开连接、或者keep alive的PDU

典型的消息帧结构如下表，表中的每一行即为一个消息类型域：
在这里插入图片描述

如果将PDU认为是两个同层不同实体之间横向的沟通方式，那么服务原语就是同一应用中不同层实体之间上下纵向的沟通接口。

在同一系统中，服务是本协议(N层实体)承诺向上层(N+1层实体)提供的能力，此时，服务用户(N+1层实体)和服务提供者(N层实体)之间需要进行交互，服务原语就是这些交互的信息，也就是接口。
要实现本层的服务，通常还需要调用下层的服务。

在同一开放系统中，（N+1）实体向N实体请求服务时，服务用户和服务提供者之间要进行交互，交互信息称为服务原语。服务原语由服务动作和原语类型两部分组成。

一个协议中，服务原语可能有很多，但归结起来都只有4种类型：