深度解析mysql登录原理

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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       NULL
　　15923418       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[url=]端口[/url]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。