Websocket草案10协议-白红宇

Websocket草案10协议

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发布时间：2019-06-12

本文共 5262 字，大约阅读时间需要 17 分钟。

websocket草案10,链接地址为：，

1、握手的标准：

1）、最老的websocket草案标准中是没有安全key，草案7.5、7.6中有两个安全key，而现在的草案10中只有一个安全key，即将7.5、7.6中http头中的"Sec-WebSocket-Key1"与"Sec-WebSocket-Key2"合并为了一个"Sec-WebSocket-Key"

2）、把http头中Upgrade的值由"WebSocket"修改为了"websocket"；

3）、把http头中的"Origin"修改为了"Sec-WebSocket-Origin";

4）、增加了http头"Sec-WebSocket-Accept"，用来返回原来草案7.5、7.6服务器返回给客户端的握手验证，原来是以内容的形式返回，现在是放到了http头中；另外服务器返回客户端的验证方式也变了，后面会有介绍。

示例说明：

1.1.客户端发起连接请求

GET /10.15.1.218:12345/chat?key=value\r\n

HTTP/1.1\r\n
Upgrade: websocket\r\n
Connection: Upgrade\r\n
Host: 10.15.1.218:12345\r\n
Sec-WebSocket-Origin: null\r\n
Sec-WebSocket-Key: 4tAjitqO9So2Wu8lkrsq3w==\r\n
Sec-WebSocket-Version: 8\r\n\r\n

这是类似于HTTP的头，注意每行数据结尾结束符是"\r\n", 最后的结束符是"\r\n\r\n"。

Sec-WebSocket-Key后面的长度为24的字符串是客户端随机生成的，我们暂时叫他cli_key，服务器必须用它经过一定的运算规则生成服务器端的key，暂时叫做ser_key，然后把ser_key发回去，客户端验证正确后，握手成功！

1.2.制作服务器端的密钥

服务器端将cli_key（长度24）截取出来4tAjitqO9So2Wu8lkrsq3w==

用它和自定义的一个字符串（长度36）：258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11

连接起来，像这样：4tAjitqO9So2Wu8lkrsq3w==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11

然后把这一长串经过SHA-1算法加密，得到长度为20字节的二进制数据，再将这些数据经过Base64编码，最终得到服务端的密钥，也就是ser_key：bEVeGLZrb9fS3Rj8WzExJdCsedg=

1.3.服务端返回密钥

然后需要把密钥返回给客户端，完成握手，发送的数据格式如下：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n

Upgrade: websocket\r\n

Connection: Upgrade\r\n

Sec-WebSocket-Accept: bEVeGLZrb9fS3Rj8WzExJdCsedg=\r\n\r\n

至此，算是握手成功了！

2、数据传输的格式：

以下是一个格式标准图：

FIN：1位，用来表明这是一个消息的最后的消息片断，当然第一个消息片断也可能是最后的一个消息片断；

RSV1, RSV2, RSV3: 分别都是1位，如果双方之间没有约定自定义协议，那么这几位的值都必须为0,否则必须断掉WebSocket连接；

Opcode:4位操作码，定义有效负载数据，如果收到了一个未知的操作码，连接也必须断掉，以下是定义的操作码：
   * %x0 表示连续消息片断
   * %x1 表示文本消息片断
   * %x2 表未二进制消息片断
   * %x3-7 为将来的非控制消息片断保留的操作码
   * %x8 表示连接关闭
   * %x9 表示心跳检查的ping
   * %xA 表示心跳检查的pong
   * %xB-F 为将来的控制消息片断的保留操作码

Mask:1位，定义传输的数据是否有加掩码,如果设置为1,掩码键必须放在masking-key区域，客户端发送给服务端的所有消息，此位的值都是1；

Payload length: 传输数据的长度，以字节的形式表示：7位、7+16位、或者7+64位。如果这个值以字节表示是0-125这个范围，那这个值就表示传输数据的长度；如果这个值是126，则随后的两个字节表示的是一个16进制无符号数，用来表示传输数据的长度；如果这个值是127,则随后的是8个字节表示的一个64位无符合数，这个数用来表示传输数据的长度。多字节长度的数量是以网络字节的顺序表示。负载数据的长度为扩展数据及应用数据之和，扩展数据的长度可能为0,因而此时负载数据的长度就为应用数据的长度。

Masking-key:0或4个字节，客户端发送给服务端的数据，都是通过内嵌的一个32位值作为掩码的；掩码键只有在掩码位设置为1的时候存在。
Payload data: (x+y)位，负载数据为扩展数据及应用数据长度之和。
Extension data:x位，如果客户端与服务端之间没有特殊约定，那么扩展数据的长度始终为0，任何的扩展都必须指定扩展数据的长度，或者长度的计算方式，以及在握手时如何确定正确的握手方式。如果存在扩展数据，则扩展数据就会包括在负载数据的长度之内。
Application data:y位，任意的应用数据，放在扩展数据之后，应用数据的长度=负载数据的长度-扩展数据的长度。

数据帧协议是按照扩展的巴科斯范式（ANBF：Augmented Backus-Naur Form ）组成的:

1    ws-frame                = frame-fin 2                              frame-rsv1 3                              frame-rsv2 4                              frame-rsv3 5                              frame-opcode 6                              frame-masked 7                              frame-payload-length 8                              [ frame-masking-key ] 9                              frame-payload-data10 11    frame-fin               = %x0 ; 表示这不是当前消息的最后一帧，后面还有消息12                            / %x1 ; 表示这是当前消息的最后一帧13 14    frame-rsv1              = %x015                              ; 1 bit, 如果没有扩展约定，该值必须为016 17    frame-rsv2              = %x018                              ; 1 bit, 如果没有扩展约定，该值必须为019 20    frame-rsv3              = %x021                              ; 1 bit, 如果没有扩展约定，该值必须为022 23    frame-opcode            = %x0 ; 表示这是一个连续帧消息24                            / %x1 ; 表示文本消息25                            / %x2 ; 表示二进制消息26                            / %x3-7 ; 保留27                            / %x8 ; 表示客户端发起的关闭28                            / %x9 ; ping（用于心跳）29                            / %xA ; pong（用于心跳）30                            / %xB-F ; 保留31 32    frame-masked            = %x0 ; 数据帧没有加掩码，后面没有掩码key33                            / %x1 ; 数据帧加了掩码，后面有掩码key34 35    frame-payload-length    = %x00-7D36                            / %x7E frame-payload-length-1637                            / %x7F frame-payload-length-6338                ; 表示数据帧的长度39 40    frame-payload-length-16 = %x0000-FFFF41                ; 表示数据帧的长度42 43    frame-payload-length-63 = %x0000000000000000-7FFFFFFFFFFFFFFF44                ; 表示数据帧的长度45 46    frame-masking-key       = 4( %0x00-FF ) ; 掩码key，只有当掩码位为1时出现47 48    frame-payload-data      = (frame-masked-extension-data49                               frame-masked-application-data)   ; 当掩码位为1时，这里的数据为带掩码的数据，扩展数据及应用数据都带掩码50                            / (frame-unmasked-extension-data51                               frame-unmasked-application-data) ; 当掩码位为0时，这里的数据为不带掩码的数据，扩展数据及应用数据都不带掩码52 53    frame-masked-extension-data     = *( %x00-FF ) ; 目前保留，以后定义54 55    frame-masked-application-data   = *( %x00-FF )56 57    frame-unmasked-extension-data   = *( %x00-FF ) ; 目前保留，以后定义58 59    frame-unmasked-application-data = *( %x00-FF )

示例说明：

协议中规定客户端发向服务器的数据必须有掩码，比如需要发送一个字符串“Hello”，

“Hello“的ascii码：

H e l l o

十六进制 0x48 0x65 0x6c 0x6c 0x6f

十进制 72 101 108 108 111

但是实际发出的数据是这样的：

-------head-----掩码0---1------2-----3-----H----e-----l------l------o----

0x81 0x85 0x37 0xfa 0x21 0x3d 0x7f 0x9f 0x4d 0x51 0x58

head头部我不在这里说了，看下协议很容易理解，head后是4字节的掩码，随机生成的，再后面是数据了，你可能发现数据变了，这些数据是 hello的ascii码和掩码做异或运算算出来的。

运算规则是这样的，第零个字符'H'和第零个掩码异或，第一个字符'e'和第一个掩码异或......

其实，用c语言表示就是res = str[n]^mask[n%4]