node.js 使用 net 模块模拟 websocket 握手进行数据传

websocket 是一种让浏览器与服务器之间建立持久的连接,并能进行双向数据传输的一种协议。

websocket 属性应用层协议,基于tcp传输协议,并复用http的握手通道。

一、如何进行websocket连接。

websocket复用了http的握手通道,客户端通过http请求与服务端进行协商,升级协议。协议升级完后,后面的数据交换则遵照websocket协议。

1、客户端申请协议升级

Request URL: ws://localhost:8888/ Request Method: GET Connection: Upgrade Upgrade: websocket Sec-WebSocket-Version: 13 Sec-WebSocket-Key: uR5YP/BMO6M24tAFcmHeXw== Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits

Connection: Upgrade 表示要升级协议

Upgrade: websocket 表示升级到websocket协议

Sec-WebSocket-Version: 13 表示websocket的版本

Sec-WebSocket-Key 表示websocket的验证,防止恶意的连接,与服务端响应的Sec-WebSocket-Accept是配套。

2、服务端响应协议升级

Status Code: 101 Switching Protocols Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: eS92kXpBNI6fWsCkj6WxH6QeoHs= Upgrade: websocket

Status Code:101 表示状态码,协议切换。

Sec-WebSocket-Accept 表示服务端响应的校验,与客户端的Sec-WebSocket-Key是配套的。

3、Sec-WebSocket-Accept是如何计算的

将 Sec-WebSocket-Key 的值与 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 拼接。

然后通过sha1计算,再转成base64。

const crypto = require('crypto'); function getSecWebSocketAccept(key) { return crypto.createHash('sha1') .update(key + '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11') .digest('base64'); } console.log(getSecWebSocketAccept('uR5YP/BMO6M24tAFcmHeXw=='));

4、协议升级完后,后续的数据传输就需要按websocket协议来走。

websocket客户端与服务端通信的最小单位是 帧,由1个或多个帧组成完整的消息。

客户端:将消息切割成多个帧,发送给服务端。

服务端:接收到消息帧,将帧重新组装成完整的消息。

5、数据帧的格式

单位是1个比特位,FIN,PSV1,PSV2,PSV3 占1个比特位,opcode占4个比特位。

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+ |F|R|R|R| opcode|M| Payload len | Extended payload length | |I|S|S|S| (4) |A| (7) | (16/64) | |N|V|V|V| |S| | (if payload len==126/127) | | |1|2|3| |K| | | +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+ | Extended payload length continued, if payload len == 127 | +-------------------------------+-------------------------------+ | |Masking-key, if MASK set to 1 | +-------------------------------+-------------------------------+ | Masking-key (continued) | Payload Data | +-------------------------------+-------------------------------+ | Payload Data continued ... | +---------------------------------------------------------------+ | Payload Data continued ... | +---------------------------------------------------------------+

FIN  占1位,用来表示该帧是否是最后一帧,1表示是,0表示不是。

RSV1,RSV2,RSV3  分别占1位,一般情况下全为0,扩展使用,值的含义由扩展进行定义。

opcode 占4位,表示如何解析后面的数据载荷(Payload Data)。

  %x0 表示一个延续帧,opcode为0时,表示数据传输采用了数据分片,当前的数据帧只是其中一个数据分片。

  %x1 表示这是一个文本帧

  %x2 表示这是一个二进制帧

  %x3-7 保留的操作代码,用于定义后续的非控制帧。

  %x8 表示连接断开

  %x9 表示这是一个ping操作

  %xA 表示这是一个pong操作

  %xB-F 保留的操作代码,用于定义后续的控制帧。

MASK 占1位,表示是否要对数据载荷进行掩码操作。

  客户端向服务端发数据,需要对数据进行掩码操作,服务端向客户端发数据,不需要对数据进行掩码操作。

  如果Mask为1,则Masking-key中会定义一个掩码键,通过该掩码键对数据载荷进行反掩码。客户端发送给服务端的数据帧,MASK都是1。

Payload len 为7位,或7+16位,或7+64位,表示数据载荷的长度,单位字节。

  如果Payload len=0~125,表示,数据的长度为0~125字节。

  如果Payload len=126,表示,后续的2个字节代表一个16位的无符号整数,该整数表示数据的长度。

  如果Payload len=127,表示,后续的8个字节代表一个64位的无符号整数,该整数表示数据的长度。

  如果Payload len占用多个字节,Payload len的二进制表达采用Big-endian。

Masking-key 占0或32位,客户端向服务端发送数据帧,数据载荷都进行了掩码操作,Mask为1,且带了4字节的Masking-key。如果Mask为0,则没有Masking-key。

注意数据载荷的长度,不包括Masking-key的长度。

6、掩码的算法

Masking-key掩码键是由客户端生成的32位随机数,掩码操作不会影响数据载荷的长度。

function unmask(buffer, mask) { const length = buffer.length; for (var i = 0; i < length; i++) { buffer[i] ^= mask[i & 3]; } }

7、实现websocket的握手

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