WebSocket 协议

WebSocket 是一种网络通信协议，提供了一个全双工通信渠道，通过一个单一的长期连接允许服务器主动向客户端发送消息。WebSocket 协议的详细规范定义在 RFC 6455 中。

WebSocket 握手

在 WebSocket 连接建立之前，客户端和服务器之间会进行一个 HTTP 握手过程。这个过程开始于客户端发送一个升级的 HTTP 请求，如果服务器同意升级连接，则返回一个 HTTP 响应来确认升级。

客户端请求示例：

GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com

• Upgrade: websocket 表明客户端想要升级连接到 WebSocket。
• Connection: Upgrade 表明客户端想要升级当前连接。
• Sec-WebSocket-Key 是一个 Base64 编码的随机值，用于安全地与服务器进行握手。
• Origin 表示请求发起的源。

服务器响应示例：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: 1o/Ujh8z6GglPppW2T5C7ZpWA=

• 101 Switching Protocols 是 HTTP 状态码，表示协议正在切换。
• Sec-WebSocket-Accept 是服务器生成的确认密钥，基于客户端的 Sec-WebSocket-Key 计算得出。

WebSocket 帧格式

一旦握手完成，客户端和服务器就会开始使用 WebSocket 帧格式进行通信。

WebSocket 帧是通信的基本单位，每个帧都包含了一个或多个部分：

1. 帧首部：包含帧的元数据，如终末标志、RSV（保留位）、操作码、掩码标志、payload 长度等。
2. 掩码：如果掩码标志设置为真，则跟随一个掩码密钥。
3. payload 数据：实际传输的数据。

帧首部字段：

• 终末标志 (FIN)：1 位，表示帧是否是消息的最后一个帧。
• 保留位 (RSV1, RSV2, RSV3)：每个 1 位，用于将来的扩展。
• 操作码 (OPCODE)：4 位，定义了帧的类型，如文本、二进制、关闭连接等。
• 掩码标志 (MASK)：1 位，表示是否使用了掩码。
• payload 长度：7 或 16 位，表示 payload 数据的长度。

掩码：

• 如果 MASK 标志为真，接下来的 4 字节表示掩码密钥。

Payload 数据：

• 帧的实际数据，长度由 payload length 确定。

操作码：

操作码定义了帧的类型，以下是一些常见的操作码：

• 0x0：继续帧，用于分片消息。
• 0x1：文本帧，payload 包含文本数据。
• 0x2：二进制帧，payload 包含二进制数据。
• 0x8：关闭连接。
• 0x9：ping 控制帧。
• 0xA：pong 控制帧。

示例帧：

假设客户端要发送一个文本消息 "Hello" 到服务器，WebSocket 帧可能如下：

1. 首部：FIN=1, RSV1=0, RSV2=0, RSV3=0, OPCODE=1, MASK=1, payload length=5
2. 掩码：33 22 11 00（随机生成）
3. Payload 数据：48 65 6c 6c 6f（"Hello" 的 UTF-8 编码）

关闭连接：

关闭连接是通过发送一个操作码为 0x8 的控制帧来完成的。关闭帧通常包含一个状态码和一个可选的原因。

WebSocket 协议还包括其他细节，如分帧机制、错误处理、扩展等，但上述内容提供了一个基本的框架，用于理解 WebSocket 的帧格式和通信方式。