WebSocket协议

阅读更多

（以下内容转自 http://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/6699154）

客户端请求：

1. GET /demo HTTP/1.1  
2. Host: example.com  
3. Connection: Upgrade  
4. Sec-WebSocket-Key2: 12998 5 Y3 1  .P00  
5. Sec-WebSocket-Protocol: sample  
6. Upgrade: WebSocket  
7. Sec-WebSocket-Key1: 4 @1  46546xW%0l 1 5  
8. Origin: http://example.com  
9. ^n:ds[4U  

在请求中的“Sec-WebSocket-Key1”, “Sec-WebSocket-Key2”和最后的“^n:ds[4U”都是随机的，服务器端会用这些数据来构造出一个16字节的应答。其中：^n:ds[4U为请求的内容，其它的都是http请求头。

只需要判断请求头中的Connection及Upgrade，判断新旧版本可以通过是否包含“Sec-WebSocket-Key1”和“Sec-WebSocket-Key2”。以下是一小段判断是否WEBSOCKET请求的代码：

    注：Sec-WebSocket-Key1和Sec-WebSocket-Key2在旧的WEBSOCKET协议中是没有的，因为判断当前请求是否WEBSOCKET，主要还是通过请求头中的Connection是不是等于Upgrade以及Upgrade是否等于WebSocket，也就是说判断一个请求是否WEBSOCKET请求，只需要

   服务端回应：    

 

HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/demo
Sec-WebSocket-Protocol: sample
8jKS’y:G*Co,Wxa-

    把请求的第一个Key中的数字除以第一个Key的空白字符的数量，而第二个Key也是如此。然后把这两个结果与请求最后的8字节字符串连接起来成为一个字符串，服务器应答正文（“8jKS’y:G*Co,Wxa-”）即这个字符串的MD5 sum。  

 

 

 

（以下内容转自：http://lchshu001.iteye.com/blog/1184428）

简单介绍一下 WebSocket 它是实现了浏览器与服务器的全双工信息传输。Websocket协议基于Http 的 Upgrade 头和101的响应进行协议切换。经过简单的握手协议，建立一个长连接，按照协议的规则进行数据的传输。具体介绍可以参考google. 

1.握手协议 
版本0--3中： 
握手通过请求头Sec-WebSocket-Key1 和 Sec-WebSocket-Key2 的值和 8 字节的请求实体，进行MD5加密，将加密结果，构造出一个16字节作为请求实体的内容返回。如下实例： 
------------------请求-------------------------------------------- 

GET /demo HTTP/1.1
Host: example.com
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key2: 12998 5 Y3 1  .P00
Sec-WebSocket-Protocol: sample
Upgrade: WebSocket
Sec-WebSocket-Key1: 4 @1  46546xW%0l 1 5
Origin: http://example.com
(\r\n)
^n:ds[4U

------------------响应-------------------------------------------- 

HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/demo
Sec-WebSocket-Protocol: sample
(\r\n)
8jKS'y:G*Co,Wxa-

------------------------------------------------------------------ 

把第一个Key中的数字除以第一个Key的空白字符的数量，而第二个Key也是如此，这样得到两个整数，把每个整数写的四个字节里去，串为8个字节，然后和请求实体里面的8个字节串为16字节，将这16个字节进行MD5加密（如实例中的结果：8jKS'y:G*Co,Wxa-），得到一个16字节的数据作为响应实体的内容，返回给客户端，这样握手成功。 


代码实现： 

int len = 8; // in.available();
byte[] key3 = new byte[len];
if (in.read(key3) != len)
    throw new RuntimeException();
log.debug(HelpUtil.formatBytes(key3));
String key1 = requestHeaders.get("Sec-WebSocket-Key1");
String key2 = requestHeaders.get("Sec-WebSocket-Key2");
int k1 = HelpUtil.parseWebsokcetKey(key1);
int k2 = HelpUtil.parseWebsokcetKey(key2);

byte[] sixteenByte = new byte[16];
System.arraycopy(HelpUtil.intTo4Byte(k1), 0, sixteenByte, 0, 4);
System.arraycopy(HelpUtil.intTo4Byte(k2), 0, sixteenByte, 4, 4);
System.arraycopy(key3, 0, sixteenByte, 8, 8);
byte[] md5 = MessageDigest.getInstance("MD5").digest(sixteenByte);

在版本4之后，握手协议修改了： 
------------------请求-------------------------------------------- 

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
(\r\n)

------------------响应-------------------------------------------- 

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: me89jWimTRKTWwrS3aRrL53YZSo=
Sec-WebSocket-Nonce: AQIDBAUGBwgJCgsMDQ4PEC==
Sec-WebSocket-Protocol: chat

使用请求头的值 Sec-WebSocket-Key，该值是BASE-64编码（base64-encoded）的，我们不需要转码，加上一个魔幻字符串： "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"，（结果：[dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11]）使用 SHA-1 加密，之后进行 BASE-64编码，将结果做为 Sec-WebSocket-Accept 头的值，返回给客户端。 
如果服务器端有 Sec-WebSocket-Nonce 头，表示要在Sec-WebSocket-Key 的值，和魔幻字符串之间加入该 Sec-WebSocket-Nonce 头的值，即“dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==AQIDBAUGBwgJCgsMDQ4PEC==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”，进行 SHA-1 加密，之后和前面的相同。完成握手协议。 

public static final String GUID = "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11";
public static final String HEADER_CODE = "iso-8859-1";

String code = requestHeaders.get("Sec-WebSocket-Key") + GUID;
byte[] bts = MessageDigest.getInstance("SHA1").digest(code.getBytes(HEADER_CODE));
code = HelpUtil.getBASE64(bts);
resMap.put("Sec-WebSocket-Accept", code);

握手完成就是数据帧的传输了。 

在版本 0 中， 数据帧比较的简单。数据帧以 0x00 开头，以0xFF结尾，中间的数据以utf-8编码的字符就可以了。当然这个简单的格式只能用来传输字符串。无法传输字节流。所以 版本 1 就做了修改了，后面的版本绝大部分是兼容的。 
后面的这个帧结构就有点复杂了，如下所示（一行是4个字节,32 bit）： 

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
|M|R|R|R| opcode|R| Payload len |    Extended payload length    |
|O|S|S|S|  (4)  |S|     (7)     |             (16/63)           |
|R|V|V|V|       |V|             |   (if payload len==126/127)   |
|E|1|2|3|       |4|             |                               |
+-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
|     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
+ - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+
|                               |         Extension data        |
+-------------------------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
:                                                               :
+---------------------------------------------------------------+
:                       Application data                        :
+---------------------------------------------------------------+

(后续的版本略有修改) 

获取数据长度 

int dataLen = bt & PAYLOADLEN;

if (dataLen == HAS_EXTEND_DATA) {// read next 16 bit
    bt = in.read();
    b2 = in.read();
    fram.setDateLength(HelpUtil.toShort((byte) bt, (byte) b2));
} else if (dataLen == HAS_EXTEND_DATA_CONTINUE) {// read next 32 bit
    byte[] bts = new byte[8];
    if (in.read(bts) != 8){
        //fram.setOpcode
        throw new RuntimeException(
                "reader Payload-Len-Extended-Continued data length < 64 bit");
    }
    fram.setDateLength(HelpUtil.toLong(bts));
} else {
    fram.setDateLength(dataLen);
}

[MORE] 表示一个数据通过多个帧进行传输， 如果是 0 表示后面还有数据帧，如果是 1 则表示是最后一个帧。 
[RSV1][RSV2][RSV3][RSV4] 未做定义暂时全为零。 
[opcode] 标识数据的格式，以及帧的控制，如：08标识数据内容是 文本，01标识：要求远端去关闭当前连接。 
[Payload len] 如果小于126 表示后面的数据长度是 [Payload len] 的值。（最大125byte） 
              等于 126 表示之后的16 bit位的数据值标识数据的长度。（最大65535byte） 
              等于 127 表示之后的64 bit位的数据值标识数据的长度。（一个有符号长整型的最大值） 
[Extension data]没有提及怎么使用。 
[Application data] 为应用提供的数据。 

版本7之后，添加了 MASK 的概念。相当于对数据加密。而且要求客户端必须是MASK的。 

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
|F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
|I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/63)           |
|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 ...                |
+---------------------------------------------------------------+

[opcode]  01标识数据内容是 文本，08标识 ： 要求远端去关闭当前连接。 
[MASK]（即原先的RSV4）如果是 1 则数据是被 MASK 的。 
[Masking-key] 如果MASK为 1 则有4字节的 Masking-key，用于与传输的数据 [Payload Data] 进行异或运算，4byte（32bit）进行一次运算，不足四位从前往后对应，如只有三位，则只与[Masking-key]的前三位进行运算。 

解码 MASK 数据，使用了一个过滤流 

@Override
public int read() throws IOException {
    if (readLength >= length)
        return -1;
    int b = 0;
    synchronized (lock) {
        if (readLength >= length)
            return -1;
        b = super.read();
        if (isMask) {
            b ^= maskKey[(int) (readLength % 4)];
        }
        readLength++;
    }
    return b;
}

关于流的关闭：一般情况我们可以直接 使用socket.close() 进行关闭，客户端JS状态会显示 webSocket.readyState 的值为 2 （正在关闭的状态）。需要我们通过握手去要求远端关闭流。 
有三个版本： 
在版本 0 时：传两个字节 （0xff,0x00）; 
在版本 1--6 时：传三个字节 （0x80,0x01,0x00）; 
在版本 7--以上 时：传两个字节 （0x88,0x00）; 

经测试 只有 在版本 7--以上 时：传两个字节 （0x88,0x00）; 这时可以实现 webSocket.readyState 的值为 3。 
估计是我的代码有问题。如有发现请告知，谢谢！