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[数据库]深度解析mysql登录原理


      使用mysql数据库的第一步必然是建立连接登录,然后在上面执行SQL命令。无论是通过mysql的客户端,还是通过C-API,JDBC标准接口连接数据库,这个过程一定少不了。今天我们聊一聊mysql登陆具体过程,里面会涉及client与server的交互,并通过tcpdump抓包给大家展现这一过程。

TCP握手协议

      远程连接数据库,mysql采用TCP协议通信,第一步是建立连接,即TCP的3次握手。mysql server端有一个监听线程等待client请求,client发起请求后,首先发一个sync包到服务端,服务端发一个ack包作为对客户端sync包的响应,同时发一个sync包到客户端,最后客户端再发一个ack包作为对服务端的响应。通过3次握手,TCP连接才算真正建立起来,这个时候mysql服务端会分配一个连接供客户端使用。记住,TCP的3次握手都是由TCP的协议栈完成,应用程序并无感知。但是,到目前为止,整个mysql连接过程还只完成了第一步--建立TCP连接。

下面附上TCP建立连接和断开连接的原理图。

   

MYSQL握手协议

      TCP连接建立成功后,mysql客户端与mysql服务端开始进行通讯,进行mysql认证过程。(1)服务端首先会发一个握手包到客户端,(2)然后客户端向服务端发送认证信息(用户名,密码等),(3)服务端收到认证包后,会检查用户名与密码是否合法,并发送包告知客户端认证信息。如果合法,则登陆成功,否则,登陆失败。连接报错。有时候,我们通过show processlist看到User处于unauthenticated user ,这说明此时连接过程正处于第1步和第2步之间,服务端等待客户端发认证信息的过程中。

15922528    unauthenticated user  10.xx.2.74:53216 NULL  Connect NULL  Reading from net    NULL15923418    unauthenticated user  connecting host NULL  Connect NULL  login  NULL 

tcpdump抓包验证

     下面我们通过tcpdump抓网络包来验证我们的原理。由于测试在生产环境中进行,为了避免生产网段的IP泄露,对IP作了替换,但不影响分析过程。具体而言,10.aa.zz.142.10556代表客户端,10.bb.yy.104.3306代表服务器端,3306是服务器的监听端口号。

(1).在客户端上打开tcpdump命令,监听与10.bb.yy.104.3306的通信网络包,命令如下:

tcpdump -S -nn -tttt -i eth0 host 10.bb.yy.104 and port 3306 and tcp -c 100-S 将tcp的序列号以绝对值形式输出,而不是相对值。 -nn 不进行端口名称的转换。-tttt 在每一行中输出由date处理的默认格式的时间戳。-i eth0 指定监听的网络接口host 10.bb.yy.104 and port 3306 设置监听10.bb.yy.104:3306的网络包-c 100 表示监听100包就结束。

 (2).在客户端上,利用mysql命令远程连接服务端10.bb.yy.104,

mysql –h10.bb.yy.104 –P3306 –uxxx –pxxx

登陆成功后,然后直接执行exit,退出

(3)分析tcpdump抓取的网络包,重点分析建立TCP连接,MYSQL认证和TCP断开连接的过程。如下图,图中第1部分是TCP连接建立的过程,第2部分是MYSQL认证的过程,第3部分是登陆成功后,发送基本元数据信息的过程,第4部分是断开连接的过程。通过图中的标示,我们可以清晰的看到TCP建立连接的3次握手,MYSQL认证以及TCP断开连接的4次挥手过程。

 

建立连接

这个过程主要体现在第一部分,客户端10.aa.zz.142.10556,首先发一个编号为1491894492的SYN包,服务端收到后,发送了1491894492+1的ACK包,并发送了一个2727774925的SYN包,最后客户端再发送一个2727774925+1的包进行应答。

MYSQL认证

这个过程主要体现在第二部分,服务端10.bb.yy.104:3306首先发一个认证包给客户端,然后客户端再发送包含用户密码的认证包给服务器,验证成功后,服务端最后给客户端一个应答,那么整个认证过程就结束了,至于第3部分是服务端与客户端相互发送的一些元数据信息,比如版本信息之类的。

断开连接

这个过程主要体现在第四部分,客户端发起exit命令时,开始触发这个动作。客户端首先发一个编号为1491894724的FIN包,然后服务器发送一个1491894724+1的ACK包作为应答,并发送一个编号为2727775120的FIN包,最后客户端发送2727775120+1作为应答,整个过程结束。

数据包标记解析

S=SYN   发起连接标志,一般用于建立TCP连接

P=PUSH 传送数据标志,一般用于传输数据

F=FIN   关闭连接标志,一般用于关闭TCP连接

ack     表示应答包

RST= RESET  异常关闭连接

.表示没有任何标志

源码实现

      用于MYSQL认证代码主要集中在函数native_password_authenticate中,具体调用层次为:login_connection->check_connection->acl_authenticate->do_auth_once->native_password_authenticate,函数逻辑很简单,就是调用write_packet往客户端发一个认证包,然后调用read_packet等待客户端返回包含用户名、密码等信息的包,最后解析包中的信息进行密码验证,成功后,会在调用Protocol::send_ok发一个认证成功网络包,这个过程可以在图中的第二步全部体现。底层socket通信代码主要集中在sql/net_serv.cc中,具体而言读采用接口my_net_read,写采用接口my_net_write。

问题

(1).Unix socket方式登陆与TCP方式登陆有什么区别和联系?

Unix socket是实现进程间通信的一种方式,mysql支持利用Unix socket来实现客户端-服务端的通信,但要求客户端和服务端在同一台机器上。对于unix socket而言,同样也是一种套接字,监听线程会同时监听TCP socket和Unix socket,接受到请求然后处理,后续的处理逻辑都是一致的,只不过底层通信方式不一样罢了。

mysql -h127.0.0.1 –P3306 –uxxx –pxxx [TCP通讯方式]mysql -uxxx –pxxx –S/usr/mysql/mysql.sock [unix socket通信方式]

(2).监听socket是否与通信socket公用一个端口?

我们知道,服务端一直有一个监听socket在3306端口监听,等待新进来的客户请求,一旦一个请求过来,服务端会重新创建一个新的通信socket,这个新的socket专门用于与这个客户通信,而监听socket则继续监听。虽然是2个套接字,但监听socket和通信socket都是同一个端口,通过netstat可以确认这个问题。

(3).连接超时参数connect_timeout在何时作用?

这个参数实质就是在MYSQL认证过程起作用,如果在这个过程中,客户端超过connect_timeout时间仍然没有发送密码认证包过来,则会主动断开连接。

参考文档

http://www.pythian.com/blog/what-is-an-unauthenticated-user/

http://www.tuicool.com/articles/mY7nmu