使用脚本收发 protobuf 协议数据

问题背景

最近做了一个 ipv6 相关的功能，发现使用 getifaddrs 获取的本地 ipv6 地址有可能不是真实的网络 ipv6 地址：

例如上图中通过 getifaddrs 获得了多个本地 ipv6 地址，其中 <fe80> 开头的已知是本地 ipv6 地址，被排除；还有 <2408> 这种，其实也是 "假 ipv6" 地址，对应的设备并不能访问 ipv6 网络。

对于这种假 v6 地址，无法通过遍历的方式进行枚举排除，而一旦将 v4 网络环境错认为是 v6 环境，对后面的网络操作影响比较大。需要引入一种准确判断当前网络是否有 ipv6 访问能力的方法，为此 server 端同学专门给了一个判断接口。

probe_v6_addr

出于安全考虑，这里只列出接口名称部分：

http://xxx.xxxxxxxxxx.xxxxxxx.xxxxx.xxx/xxx/probe_v6_addr

访问这个接口有两种返回，当不存在 v6 网络环境时：

no v6 addr

当存在时，返回本机的 ipv6 地址：

$ curl -s http://xxx.xxxxxxxxxx.xxxxxxx.xxxxx.xxx/xxx/probe_v6_addr
+
%240e:304:8183:2bcc:c16d:22d0:74ba:23e??-
'2408:832e:c272:b36e:55bc:554a:8952:553e,
&240e:3a0:7005:6ae2:d05a:754a:c21b:6c35??+
%240e:310:915:d939:9041:c01c:82db:a043??-
'2408:832e:c271:3851:6926:e953:e741:b1a3??+
%240e:378:1e0c:db62:7088:a216:87c:4ccd??OP46C3:/

虽然有部分二进制信息干扰，但是 ipv6 地址部分还是看得比较清楚的。返回的地址和 ifconfig 的结果可以相互印证：

$ ifconfig | grep inet6
          inet6 addr: fe80::fc8e:84ff:fec0:1534/64 Scope: Link
          inet6 addr: 240e:505:7e01:2994:f43c:5fc9:609e:5de6/64 Scope: Global
          inet6 addr: fe80::f43c:5fc9:609e:5de6/64 Scope: Link
          inet6 addr: fe80::8fd0:cd9e:52cd:5bc3/64 Scope: Link
          inet6 addr: 2409:8100:7b00:5781:a4a8:71ce:b11:3c5e/64 Scope: Global
          inet6 addr: fe80::a4a8:71ce:b11:3c5e/64 Scope: Link
          inet6 addr: ::1/128 Scope: Host
          inet6 addr: fe80::29f8:41f:7564:501d/64 Scope: Link
          inet6 addr: 240e:404:7e01:5d77:29f8:41f:7564:501d/64 Scope: Global
          inet6 addr: fe80::3d14:7716:4771:88fa/64 Scope: Link
          inet6 addr: 240e:304:8183:2bcc:c16d:22d0:74ba:23e/64 Scope: Global
          inet6 addr: 240e:304:8183:2bcc:d8c5:dce4:a89c:8a88/64 Scope: Global

其中 ipv6 地址240e:304:8183:2bcc:c16d:22d0:74ba:23e/64在两边都存在。

protobuf

上面的接口确实是基于二进制数据的协议，虽然是私有协议，但是采用了 protobuf 来进行规范，在提高性能的同时，也保留了一定的通用性。

但是这样一来，往常惯用的 curl + shell 大法要失灵了，给测试和验证工作带来了不小的麻烦。

不过好在有 proto 文件，生成一段解析的 c++ 代码也不是不可能：

> cat msg.proto
message ProbeIpv6Request {
    string xxxxx     = 1;
    string xxxx      = 2;
    string xxxxxxxx  = 3;
    string xxxxxxx   = 4;
}

message V6AddrType {
    string addrV6 = 1;
    uint32 portV6 = 2;
}

message ProbeIpv6Response {
    string              xxxxx    = 1;
    V6AddrType          selfAddr = 2;
    repeated V6AddrType brosAddr = 3;
}

这个 proto 文件揭示了两点：

• 该接口也是有请求的：ProbeIpv6Request，不过可以省略
• 该接口的响应 ProbeIpv6Response 主要包含两部分：
  • selfAddr 是设备自己的地址，有且只有一个
  • brosAddr 是设备的广播地址，可能存在多个 (repeated)
  • 地址都是由一个字符串地址和一个整型端口组成

如果使用 protoc 程序根据 msg.proto 生成 c++ 代码，再写程序解析数据，就用不着写这篇文章了。毕竟那种方式太牛刀杀鸡了，下面演示一种使用 shell 脚本就能搞定 protobuf 协议的新方法。

pbjs

在介绍新方法之前，先介绍本文的主角 pbjs。首先是在 mac 上的安装：

brew install node
brew install npm
npm install -g protobufjs
npm install -g pbjs

pbjs 是 nodejs 提供的，用来将 protobuf 二进制数据转换为 json，所以需要先安装 nodejs、npm 环境，linux 上的安装大同小异，此处不再赘述。

执行成功后验证 pbjs 是否安装：

> pbjs
Usage: pbjs [options] <schema_path>

Options:
  -V, --version        output the version number
  --es5 <js_path>      Generate ES5 JavaScript code
  --es6 <js_path>      Generate ES6 JavaScript code
  --ts <ts_path>       Generate TypeScript code
  --decode <msg_type>  Decode standard input to JSON
  --encode <msg_type>  Encode standard input to JSON
  -h, --help           output usage information
> which pbjs
/Users/yunhai01/tools/node-v14.17.0-darwin-x64/bin/pbjs
> ls -lh /Users/yunhai01/tools/node-v14.17.0-darwin-x64/bin/pbjs
lrwxr-xr-x  1 yunhai01  staff    31B Apr 16 18:26 /Users/yunhai01/tools/node-v14.17.0-darwin-x64/bin/pbjs -> ../lib/node_modules/pbjs/cli.js

看起来这就是一个 node module 的软链接。

pbjs 的功能有很多，help 信息中已经罗列出来了，例如生成 js 代码 (--es5/--es6)，生成 ts 代码 (--ts)，不过最让我感兴趣的还是 --decode，意思是可以将数据解析为 json，下面用上一节的二进制数据做个练手，假设数据已经保存在名为 response.bin 的文件：

> pbjs msg.proto --decode ProbeIpv6Response < response.bin
{
  "selfAddr": {
    "addrV6": "240e:304:8183:2bcc:c16d:22d0:74ba:23e",
    "portV6": 47832
  },
  "brosAddr": [
    {
      "addrV6": "240e:333:6b00:b00e:38db:2815:306b:3d9b",
      "portV6": 18947
    },
    {
      "addrV6": "240e:333:1707:ca6f:24d3:61ae:86cf:a6fa",
      "portV6": 18112
    },
    {
      "addrV6": "2409:8a38:9002:70b3:19a3:66a3:d778:65cc",
      "portV6": 18780
    },
    {
      "addrV6": "2408:8266:700:1a62:8ad0:4097:9220:577b",
      "portV6": 18595
    },
    {
      "addrV6": "240e:3a0:9001:4013:99c0:11c4:7d3b:e8e5",
      "portV6": 18319
    }
  ]
}

哈哈，果然成功，过程异常丝滑！

jq

有了 json 数据就好办了，下面上 jq 提取设备 IP，假设已经将数据保存在了 response.json 文件中：

> jq -r '.selfAddr.addrV6'  probe_v6.json
240e:304:8183:2bcc:c16d:22d0:74ba:23e

和之前猜测的 IP 地址结果一致。

结语

pbjs 不光可以用来解析响应，也可以用来构造 protobuf 格式的请求，主要就是依赖它的 --encode 参数：

pbjs msg.proto --encode ProbeIpv6Request < request.json > request.bin

注意 --decode/--encode 一次只能处理一个消息类型，而协议文件中可能包括多个，所以需要在这里为它们进行指定，之前指定的是 ProbeIpv6Response 消息，这里改为 ProbeIpv6Request 消息。

关于 request.json 文件，简单的可以直接手动构造，复杂的可以借助 jq --arg 动态生成，这方面详细的信息可以参考我之前写的这几篇文章：《用 shell 脚本做 tcp 协议模拟》、《使用 shell 脚本自动申请进京证 (六环外)》。

至此 protobuf 二进制数据也不再是脚本不可触控的区域，有这方面接口测试需求的同学们快用起来吧 ~

后记

使用基于 pbjs 的脚本在 android 设备上验证上述接口后，能正确返回结果，并且发现了几个小问题，为后面写 c++ 代码接入铺平了道路，比起直接使用 adb 跑脚本，编译 sdk 再打 apk 包验证成本实在是太高了，pbjs 确确实实提升了我的效率。

参考

[1]. Protocol Buffers for JavaScript

[2]. 工作笔记：protobufjs使用教程，支持proto文件打包成typescript或javascript脚本