WebSocket 协议

简介: 【6月更文挑战第6天】

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。

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