【如何构建商业级别聊天系统】聊聊 WebSocket 传输协议

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2022-10-12 04:26 28阅读 0赞

### WebSocket ###

这一篇我们简单聊聊 websocket 传输协议。

#### 1.WebSocket 是啥 ####

WebSocket 是基于 TCP 双向全双工通信协议。

WebSocket 利用 HTTP 协议实现连接握手。

我们真正要使用 WebSocket 原因在于他可以支持，：服务端向客户端推送消息

#### 2. WebSocket 特点 ####

建立在 TCP 之上

与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器

数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效

可以发送文本，也可以发送二进制数据

没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信

协议标识符是`ws`（如果加密，则为`wss`），服务器网址就是 URL

ws://example.com:80/some/path

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#### 3. WebSocket 的帧结构 ####

WebSocket 采用的是 二进制帧。

让我们简单看看他的帧结构

![img][img 1]

#### 聊聊 帧头 帧头 帧头！ ####

帧头 其长度不固定，最少 2 个字节，最多 14 个字节

##### 第 1 个字节 #####

1.  **FIN** 是结束标志位，一个消息可以拆成多个帧，当接收方看到 FIN 后就可以把前面的帧拼起来，组成完整的消息
2.  **RSV** 1，2，3 这三位为保留位，目前没有任何意义，但必须是 0
3.  一个字节 8 位，前面四位 由 FIN 和 000 占用了，后面的 4 位为 **Opcode 操作码** 其实就是帧类型，如 0001 表示帧内容为纯文本，0010 表示帧内容是二进制数据，1000 是关闭连接 ，1001 表示保活 PING ，1010 表示保活 PONG

##### 第 2 个字节 或者 2+8 个字节 #####

1.  第一位 掩码标志位 **MASK** ，表示帧内容是否使用异或操作做简单的加密。目前 WebSocket 标准规定，客户端发送数据必须使用掩码，服务器必须不使用掩码
2.  后 7 位 为 **Payload len** 表示帧内容长度。它也是变长的，最少 7 位 最大 7+64 位 即额外增加 8 个字节，所以一个 WebSocket 帧最大是 2^64

##### 最后 4 个字节 #####

1.  跟在 长度字段后面的是 **Masking-key** 该字段为掩码密钥，由 MASK 标志位决定，如果使用掩码就是 4 个字节的随机数，没有则不存在。

**总结下来，帧头由：结束位+操作位+掩码+帧长度+掩码密钥 组成**

#### 4. WebSocket 握手 ####

WebSocket 握手为标准的 HTTP Get 请求，需要带上两个协议升级的专用头字段，以及两个认证头字段

1.  Connection: Upgrade
2.  Update：websocket 表示要升级成 WebSocket 协议
3.  Sec-WebSocket-Key： 一个 Base64 编码的 16 字节随机数，作为简单的认证密钥
4.  Sec-WebSocket-Version：协议版本号，当前必须为 13

同时 WebSocket 握手的响应报文也有特殊格式，其使用 Sec-WebSocket-Accept 验证客户端请求报文，同时防止误连接。

其算法是将 Sec-WebSocket-Key 拼接上 专用 UUID `258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11` 在技术 sha1 + base64 得到

encode_base64(
      sha1( 
        Sec-WebSocket-Key + '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11' ))

客户端收到后使用同样的算法验证，如果验证通过，则认证成功。

握手完成后，后续数据的传输工作就改为 WebSocket 二进制帧格式，而不是 HTTP 请求报文了

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