无论是手机APP还是大疆无人机，都需要与后台Server打交道。打交道使用的语言，就是数据协议。常见的协议包括标准的HTTP协议、DNS解析协议。

大部分CS结构，开发者都会采用自定义的应用层协议。协议设计的好坏对于模块的性能、兼容性、安全性具有重要意义。 

自定义协议，可根据实际需求进行设计，没有冗余字段，数据包利用率高。私有格式，不容易被破解，安全性高。根据业务场景的不同，协议设计有不同的侧重点。

信令协议

此类协议用于不同模块间的交互，例如，游戏中人物技能、操作指令的回传。通常包体不大，包中内容仅包括信令结构，协议字段会随着业务场景的变化而更新、协议要具备较高的扩展性，协议格式如下。

数据传输协议

此类协议用于模块间数据传输，协议中会有信令和数据块。例如，VoIP通话中的数据转发场景，协议中的信令字段描述数据块的来源、目的地。数据块是经过编码的音频帧，几十毫秒就能编出一个数据块，对转发模块性能挑战较高，协议设计侧重于高性能。协议格式如下。

Header：固定头部，二进制形式，通常是一字节对齐的结构体，用于描述协议类型、协议中各部分的长度、数据校验值。

Meta: 用于描述协议本身例如，加密方式，包类型（请求包/响应包)，以及协议应用层部分的描述。例如，Body的编码格式、Attachment的校验值，也会进行序列化/反序列化。

Body：通常是序列化的信令结构，使用Protobuf、json、thrift 格式进行序列化、压缩。

Attachment：业务层传递的二进制数据，不经过序列化，直接通过网络发送，避免序列化带来额外的性能开销。

自定义协议采用上述这种设计结构，有以下好处。

• 校验速度快，接收端直接校验二进制头就可以判断数据是否属于协议格式，实现简单、性能高效。
• 兼容性强，将信令结构以特定格式封装（Protobuf、Json、thrift），可充分利用封装格式的优势，有利于信令结构的升级更新。
• 传输速度快，业务数据以二进制的格式进行传输，不会带来额外的性能开销，传输速度更快。 

Header、Meta是用于描述协议本身的结构，字段设计的好坏决定了排查问题的难度，结合实际中产生的问题总结，在设计中有以下必不可少的字段。

struct Header {
   uint8_t version;   // 协议版本号
   uint16_t magic;     //  魔法数字，用来校验数据包格式、规避异常包。
   uint32_t crc_checksum; // header+meta + body 这几个部分的crc的校验和
   uint32_t total_size;    // 数据区的总长度: meta + body + attachment
   uint32_t reserve; // 保留字段
};

• 在C/C++里面通常是结构体，要考虑字节对齐问题。
• 对于占用超过一字节的字段，要统一转化成网络序，避免因网络序问题导致接收端解析数据异常。

message Meta {    
  oneof CallMeta {
        RequestMeta request = 1;        
        ResponseMeta response = 2;   
}    
  BodyMeta body = 3;    
  AttachMeta att_meta = 4;     
  TraceMeta trace = 5; 
}

Call_meta：用于描述当前请求包类型，在一般的协议设计中不存在，经过实践证明，部分场景下为了实现版本兼容性，需要在Reqeust/Response中携带部分字段，这个时候就会用到这个结构。

• BodyMeta：描述Body结构，例如，Body采用哪种编码类型（Protobuf、thrift、xml），Body长度。
• AttachMeta：描述附件数据信息，包括长度和校验值。
• TraceMeta: 描述请求链路信息，用于分布式系统的链路追踪、问题定位。

实际使用中，根据使用场景和实现目标，可以在上述协议结构中进行部分修改，即可实现需求。协议中的二进制数据，如果是通用格式，例如音频流、视频流，还需要进行加密以满足安全性需求。

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