以太坊C++源码解析
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以太坊C++源码解析（三）p2p(3)

我们再来深入了解一下Host类里节点和本节点是怎么交互的，在上一节可以看到节点到了Host类后，会调用Host::connect来连接对方，我们可以看下connect()函数实现代码：

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void Host::connect(std::shared_ptr<Peer> const& _p)
{
    // ...
    bi::tcp::endpoint ep(_p->endpoint);
    cnetdetails << "Attempting connection to node " << _p->id << "@" << ep << " from " << id();
    auto socket = make_shared<RLPXSocket>(m_ioService);
    socket->ref().async_connect(ep, [=](boost::system::error_code const& ec)
    {
        // ...
    
        if (ec)
        {
            cnetdetails << "Connection refused to node " << _p->id << "@" << ep << " ("
                    << ec.message() << ")";
            // Manually set error (session not present)
            _p->m_lastDisconnect = TCPError;
        }
        else
        {
            cnetdetails << "Connecting to " << _p->id << "@" << ep;
            auto handshake = make_shared<RLPXHandshake>(this, socket, _p->id);
            {
                Guard l(x_connecting);
                m_connecting.push_back(handshake);
            }

            handshake->start();
        }
    
        m_pendingPeerConns.erase(nptr);
    });
}

可以看到先是创建了一个socket，然后用async_connect()异步去连接这个节点，连接成功后生成了一个RLPXHandshake类，并调用了RLPXHandshake::start()来开启握手流程，这里并没有连接成功后就传输数据，因为对方可能并不是一个ethereum节点，或者是运行协议不匹配的节点，握手流程就用来过滤掉不合格的节点，只有通过了握手流程才能进行数据交互。
注：在cpp-ethereum项目中底层数据传输用的是boost::asio库，作为准标准库中一员，boost::asio广泛应用在c++跨平台网络开发中，不熟悉的读者建议先去网络上阅读相关文档，后续文档假定读者已经了解了boost::asio库。

#RLPXHandshake类
RLPXHandshake::start()函数实际调用了RLPXHandshake::transition()函数，这个函数是RLPXHandshake类的核心，从中可以看到握手的流程。

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void RLPXHandshake::transition(boost::system::error_code _ech)
{
    // ...
    if (m_nextState == New)
    {
        m_nextState = AckAuth;
        if (m_originated)
            writeAuth();
        else
            readAuth();
    }
    else if (m_nextState == AckAuth)
    {
        m_nextState = WriteHello;
        if (m_originated)
            readAck();
        else
            writeAck();
    }
    else if (m_nextState == AckAuthEIP8)
    {
        m_nextState = WriteHello;
        if (m_originated)
            readAck();
        else
            writeAckEIP8();
    }
    else if (m_nextState == WriteHello)
    {
        m_nextState = ReadHello;
        // ...
    }
    else if (m_nextState == ReadHello)
    {
        // Authenticate and decrypt initial hello frame with initial RLPXFrameCoder
        // and request m_host to start session.
        m_nextState = StartSession;
        // ...
    }
}

精简后的流程还是比较清楚的，初始时候m_nextState值为New，那么正常的握手状态是New -> AckAuth -> WriteHello -> ReadHello -> StartSession。如果这些环节中某一步出错了，那么该节点不会走到最后，否则最后的状态会变成StartSession，那么到了StartSession状态后会发生什么事呢？我们再看看看这部分代码：

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else if (m_nextState == ReadHello)
{
    // Authenticate and decrypt initial hello frame with initial RLPXFrameCoder
    // and request m_host to start session.
    m_nextState = StartSession;

    // read frame header
    unsigned const handshakeSize = 32;
    m_handshakeInBuffer.resize(handshakeSize);
    ba::async_read(m_socket->ref(), boost::asio::buffer(m_handshakeInBuffer, handshakeSize), [this, self](boost::system::error_code ec, std::size_t)
    {
        if (ec)
            transition(ec);
        else
        {
            // ...
        
            /// rlp of header has protocol-type, sequence-id[, total-packet-size]
            bytes headerRLP(header.size() - 3 - h128::size);	// this is always 32 - 3 - 16 = 13. wtf?
            bytesConstRef(&header).cropped(3).copyTo(&headerRLP);
        
            /// read padded frame and mac
            m_handshakeInBuffer.resize(frameSize + ((16 - (frameSize % 16)) % 16) + h128::size);
            ba::async_read(m_socket->ref(), boost::asio::buffer(m_handshakeInBuffer, m_handshakeInBuffer.size()), [this, self, headerRLP](boost::system::error_code ec, std::size_t)
            {
                // ...
            
                if (ec)
                    transition(ec);
                else
                {
                    // ...
                    try
                    {
                        RLP rlp(frame.cropped(1), RLP::ThrowOnFail | RLP::FailIfTooSmall);
                        m_host->startPeerSession(m_remote, rlp, move(m_io), m_socket);
                    }
                    catch (std::exception const& _e)
                    {
                        cnetlog << "Handshake causing an exception: " << _e.what();
                        m_nextState = Error;
                        transition();
                    }
                }
            });
        }
    });
}

当状态从ReadHello向StartSession转变时，连续收了两个包，然后调用了Host::startPeerSession()，节点在RLPXHandshake类转了一圈以后，如果合格的话又回到了Host类中，从此开始新的征程。

#Host类
我们之前看到Host类通过requirePeer()函数推动了P2P发现模块的运转，但同时它又是整个P2P传输模块中的发动机，因此要研究ethereum网络部分需要从这里开始。
我们在libp2p\Host.h文件中找到Host类定义，其中有两个成员变量，熟悉boost::asio库的读者一定不陌生：

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ba::io_service m_ioService;
bi::tcp::acceptor m_tcp4Acceptor;

其中m_ioService就是Host类的核心了，它负责处理异步任务，当异步任务完成后调用完成句柄。
m_tcp4Acceptor是负责接收连接的对象，它内部封装了一个socket对象。我们都知道服务端的socket需要经过创建，绑定IP端口，侦听，Accept这几个阶段，对于m_tcp4Acceptor而言也是这样：

  • 创建

直接在Host类初始化列表中进行创建

  • 绑定IP端口和侦听

这部分是在Network::tcp4Listen()函数中完成的：

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for (unsigned i = 0; i < 2; ++i)
{
    bi::tcp::endpoint endpoint(listenIP, requirePort ? _netPrefs.listenPort : (i ? 0 : c_defaultListenPort));
    try
    {
        /// ...
        _acceptor.open(endpoint.protocol());
        _acceptor.set_option(ba::socket_base::reuse_address(reuse));
        _acceptor.bind(endpoint);
        _acceptor.listen();
        return _acceptor.local_endpoint().port();
    }
    catch (...)
    {
        // bail if this is first attempt && port was specificed, or second attempt failed (random port)
        if (i || requirePort)
        {
            // both attempts failed
            cwarn << "Couldn't start accepting connections on host. Failed to accept socket on " << listenIP << ":" << _netPrefs.listenPort << ".\n" << boost::current_exception_diagnostic_information();
            _acceptor.close();
            return -1;
        }
      
        _acceptor.close();
        continue;
    }
 }

注意到这里有一个循环，是用来防止端口被占用的。如果第一次端口被占用，则第二次使用0端口，也就是随机端口。
在这个函数里，_acceptor依次完成了设置协议，设置端口重用，绑定端口和侦听。

  • Accept

又回到了Host类，在Host::runAcceptor()函数中，我们能找到以下代码：

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auto socket = make_shared<RLPXSocket>(m_ioService); 
m_tcp4Acceptor.async_accept(socket->ref(), [=](boost::system::error_code ec)
{
    // ...
    try
    {
        // incoming connection; we don't yet know nodeid
        auto handshake = make_shared<RLPXHandshake>(this, socket);
        m_connecting.push_back(handshake);
        handshake->start();
        success = true;
    }
    catch (Exception const& _e)
    {
        cwarn << "ERROR: " << diagnostic_information(_e);
    }
    catch (std::exception const& _e)
    {
        cwarn << "ERROR: " << _e.what();
    }

    if (!success)
        socket->ref().close();
    runAcceptor();
});

m_tcp4Acceptor通过async_accept()异步接收连接，当一个连接到来的时候发生了什么？我们又看到了熟悉的代码，是的！创建了一个RLPXHandshake类，又开始了握手流程。ethereum对于接收到的连接也是谨慎的，同样需要先进行校验，这里的握手流程与前面connect时的流程稍有不同，区别就在RLPXHandshake::m_originated上，connect时的m_originated值为true，也就是先向对方发送自己的Auth包，而被动接收时m_originated为false，会等待对方发过来Auth包。
最后别忘了启动Host::m_ioService，这部分被放在doWork()函数里，还记得doWork()函数吗？因为Host类是从Worker类继承而来，doWork()会在一个循环中被调用。

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void Host::doWork()
{
    try
    {
        if (m_run)
            m_ioService.run();
    }
    catch (std::exception const& _e)
    {
        // ...
    }
}

但是doWork()不是会被循环调用的吗？难道m_ioService.run()也会重复调用吗？答案是不会，因为m_ioService.run()会阻塞在这里，所以只会执行一次。
至此m_tcp4Acceptor能够愉快地接收到TCP连接，并把连接交给RLPXHandshake类去处理了。

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