mysql 报文的格式和基本类型的示例分析

发布时间：2021-10-25 09:49:47 作者：柒染
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MySQL 报文的格式和基本类型的示例分析

MySQL 是一种广泛使用的关系型数据库管理系统，其客户端与服务器之间的通信是通过网络报文进行的。理解 MySQL 报文的格式和基本类型对于深入理解 MySQL 的工作原理、进行性能优化以及排查问题具有重要意义。本文将详细介绍 MySQL 报文的格式、基本类型，并通过示例进行分析。

1. MySQL 报文的基本结构

MySQL 报文由报文头和报文体两部分组成。报文头固定为 4 字节，报文体长度可变。

1.1 报文头

报文头包含以下三个部分：

报文长度（3 字节）：表示报文体的长度，不包括报文头本身。由于 MySQL 报文长度限制为 16MB，因此报文长度最大为 0xFFFFFF（即 16,777,215 字节）。
序列号（1 字节）：用于标识报文的顺序。客户端和服务器在通信过程中会递增序列号，以确保报文的顺序正确。

1.2 报文体

报文体是 MySQL 报文的主要内容，其格式和内容取决于报文的类型。常见的报文类型包括命令报文、查询报文、结果集报文等。

2. MySQL 报文的基本类型

MySQL 报文可以分为以下几种基本类型：

命令报文：客户端发送给服务器的命令，如 COM_QUERY、COM_INIT_DB 等。
响应报文：服务器对客户端命令的响应，如 OK_Packet、ERR_Packet、ResultSet 等。
握手报文：客户端与服务器建立连接时的握手报文，如 Handshake Packet。
认证报文：客户端与服务器进行身份认证时的报文，如 Auth Switch Request Packet。

2.1 命令报文

命令报文是客户端发送给服务器的请求，常见的命令报文类型包括：

COM_QUERY：执行 SQL 查询。
COM_INIT_DB：选择数据库。
COM_PING：检查服务器是否存活。
COM_QUIT：关闭连接。

2.1.1 `COM_QUERY` 报文示例

COM_QUERY 报文用于执行 SQL 查询。其报文格式如下：

报文头：4 字节（3 字节报文长度 + 1 字节序列号）
报文体：1 字节命令类型（0x03 表示 COM_QUERY） + SQL 查询字符串

例如，客户端发送 SELECT * FROM users; 查询时，报文内容如下：

03 00 00 00 03 53 45 4C 45 43 54 20 2A 20 46 52 4F 4D 20 75 73 65 72 73 3B

03 00 00：报文长度为 3 字节（不包括报文头）。
00：序列号为 0。
03：命令类型为 COM_QUERY。
53 45 4C 45 43 54 20 2A 20 46 52 4F 4D 20 75 73 65 72 73 3B：SQL 查询字符串 SELECT * FROM users; 的 ASCII 编码。

2.2 响应报文

响应报文是服务器对客户端命令的响应，常见的响应报文类型包括：

OK_Packet：表示命令执行成功。
ERR_Packet：表示命令执行失败。
ResultSet：返回查询结果集。

2.2.1 `OK_Packet` 报文示例

OK_Packet 报文表示命令执行成功。其报文格式如下：

报文头：4 字节（3 字节报文长度 + 1 字节序列号）
报文体：1 字节标识符（0x00 表示 OK_Packet） + 受影响的行数 + 最后插入的 ID + 服务器状态 + 警告数 + 消息（可选）

例如，服务器响应 UPDATE 命令成功时，报文内容如下：

07 00 00 01 00 01 00 02 00 00 00

07 00 00：报文长度为 7 字节（不包括报文头）。
01：序列号为 1。
00：标识符为 OK_Packet。
01 00：受影响的行数为 1。
02 00 00 00：最后插入的 ID 为 2。
00：服务器状态为 0。
00：警告数为 0。

2.2.2 `ERR_Packet` 报文示例

ERR_Packet 报文表示命令执行失败。其报文格式如下：

报文头：4 字节（3 字节报文长度 + 1 字节序列号）
报文体：1 字节标识符（0xFF 表示 ERR_Packet） + 错误代码 + SQL 状态标记 + 错误消息

例如，服务器响应 SELECT 命令失败时，报文内容如下：

17 00 00 02 FF 48 04 23 48 59 30 30 30 4E 6F 20 74 61 62 6C 65 20 66 6F 75 6E 64

17 00 00：报文长度为 23 字节（不包括报文头）。
02：序列号为 2。
FF：标识符为 ERR_Packet。
48 04：错误代码为 1096。
23 48 59 30 30 30：SQL 状态标记为 HY000。
4E 6F 20 74 61 62 6C 65 20 66 6F 75 6E 64：错误消息为 No table found。

2.2.3 `ResultSet` 报文示例

ResultSet 报文用于返回查询结果集。其报文格式较为复杂，通常包括以下部分：

列定义报文：描述结果集的列信息。
行数据报文：返回查询结果的行数据。
EOF 报文：表示结果集结束。

例如，服务器响应 SELECT * FROM users; 查询时，报文内容如下：

01 00 00 01 01
1F 00 00 02 03 64 65 66 04 75 73 65 72 73 02 69 64 02 69 64 0C 3F 00 0B 00 00 00 03 03 42 00 00 00
1F 00 00 03 03 64 65 66 04 75 73 65 72 73 04 6E 61 6D 65 04 6E 61 6D 65 0C 21 00 FF 00 00 00 FD 00 00 00 00 00
05 00 00 04 FE 00 00 02 00
0C 00 00 05 01 31 06 74 65 73 74 31
0C 00 00 06 01 32 06 74 65 73 74 32
05 00 00 07 FE 00 00 02 00

01 00 00 01 01：列定义报文，表示结果集有 1 列。
1F 00 00 02 03 64 65 66 04 75 73 65 72 73 02 69 64 02 69 64 0C 3F 00 0B 00 00 00 03 03 42 00 00 00：列定义报文，描述 id 列的信息。
1F 00 00 03 03 64 65 66 04 75 73 65 72 73 04 6E 61 6D 65 04 6E 61 6D 65 0C 21 00 FF 00 00 00 FD 00 00 00 00 00：列定义报文，描述 name 列的信息。
05 00 00 04 FE 00 00 02 00：EOF 报文，表示列定义结束。
0C 00 00 05 01 31 06 74 65 73 74 31：行数据报文，返回 id=1, name=test1。
0C 00 00 06 01 32 06 74 65 73 74 32：行数据报文，返回 id=2, name=test2。
05 00 00 07 FE 00 00 02 00：EOF 报文，表示结果集结束。

2.3 握手报文

握手报文是客户端与服务器建立连接时的初始报文。服务器发送 Handshake Packet 给客户端，客户端回复 Handshake Response Packet。

2.3.1 `Handshake Packet` 报文示例

Handshake Packet 报文格式如下：

报文头：4 字节（3 字节报文长度 + 1 字节序列号）
报文体：协议版本 + 服务器版本 + 连接 ID + 挑战随机数 + 服务器能力标志 + 字符集 + 服务器状态 + 扩展能力标志 + 认证插件长度 + 保留字节 + 挑战随机数（剩余部分）

例如，服务器发送的 Handshake Packet 报文内容如下：

4A 00 00 00 0A 35 2E 37 2E 33 32 2D 30 75 62 75 6E 74 75 30 2E 31 38 2E 30 34 2E 31 00 0B 00 00 00 6E 7A 5A 3F 47 2D 5A 00 FF FF 08 02 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 6E 7A 5A 3F 47 2D 5A 00

4A 00 00：报文长度为 74 字节（不包括报文头）。
00：序列号为 0。
0A：协议版本为 10。
35 2E 37 2E 33 32 2D 30 75 62 75 6E 74 75 30 2E 31 38 2E 30 34 2E 31 00：服务器版本为 5.7.32-0ubuntu0.18.04.1。
0B 00 00 00：连接 ID 为 11。
6E 7A 5A 3F 47 2D 5A 00：挑战随机数。
FF FF：服务器能力标志。
08：字符集为 UTF-8。
02 00：服务器状态。
00 00：扩展能力标志。
00：认证插件长度。
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00：保留字节。
6E 7A 5A 3F 47 2D 5A 00：挑战随机数（剩余部分）。

2.4 认证报文

认证报文用于客户端与服务器进行身份认证。常见的认证报文类型包括 Auth Switch Request Packet 和 Auth Switch Response Packet。

2.4.1 `Auth Switch Request Packet` 报文示例

Auth Switch Request Packet 报文格式如下：

报文头：4 字节（3 字节报文长度 + 1 字节序列号）
报文体：1 字节标识符（0xFE 表示 Auth Switch Request Packet） + 认证插件名称 + 挑战随机数

例如，服务器发送的 Auth Switch Request Packet 报文内容如下：

1C 00 00 02 FE 6D 79 73 71 6C 5F 6E 61 74 69 76 65 5F 70 61 73 73 77 6F 72 64 00 6E 7A 5A 3F 47 2D 5A 00

1C 00 00：报文长度为 28 字节（不包括报文头）。
02：序列号为 2。
FE：标识符为 Auth Switch Request Packet。
6D 79 73 71 6C 5F 6E 61 74 69 76 65 5F 70 61 73 73 77 6F 72 64 00：认证插件名称为 mysql_native_password。
6E 7A 5A 3F 47 2D 5A 00：挑战随机数。

3. 总结

MySQL 报文的格式和基本类型是理解 MySQL 通信机制的基础。本文详细介绍了 MySQL 报文的基本结构、常见报文类型及其示例。通过分析这些报文，我们可以更好地理解 MySQL 客户端与服务器之间的通信过程，从而为性能优化和问题排查提供帮助。