Websocket相关知识整理

Websocket 协议格式说明

最近整理项目中关于websocket中的部分，由于之前代码中websocket的功能不够完整，缺少了延续帧的数据拼接，以及mask的掩码功能。所以初步深入了一下websocket协议。

关于websocket的数据帧格式，官方文档提供了一个结构图

  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)     |             (16/64)           |
 |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 ...                |

• FIN：标识该数据帧是否是信息的最后一帧数据，如果为1则表明距 上一次 FIN为1 的一帧之间，这些数据是完整的一条信息。

• RSV 1-3：默认为0，除非协商了扩展定义了非0的意义。如果接收到非0，且没有协商扩展，接收端必须使WebSocket连接失败。

• Opcode：帧类型

  1. 0：Continuation Frame，表明该帧数据是一条完整信息的其中一帧

  2. 1：Text Frame ，这是一条文本数据

  3. 2：Binary Frame ，这是一条二进制流数据

  4. 3 - 7：为以后的非控制帧保留

  5. 8：Connection Close Frame，这是关闭websocket连接请求的数据帧

  6. 9：Ping Frame ，这是一条ping帧

  7. A：Pong Frame，这是一条pong帧

  8. B - F：为以后的控制帧保留

• Mask：掩码，是否加密数据，为1则需要对根据一个随机的maskCode对数据进行一次位运算，一般客户端发送给服务端的数据需要用掩码加密，而服务端发给客户端的一般不需要

• Payload：盛放该帧数据的长度，由于该字段占据7bit，所以最大为127，所以规定

  1. 如果数据长度<126，则直接将数据长度存在这7bit中
  2. 如果长度=126，则将数据长度存在接下来的2字节数据中（2字节长度可存最大无符号整数为 65535）
  3. 如果长度=127，则将数据长度存在接下来的8字节数据中

• Extended payload length：接上个字段，这两个字段用来存放数据的长度

• Masking-key：占据 0或4 Byte，上面的Mask字段为1，则需要生成4bit的随机值，为0则为空

• Payload data： (x + y)字节，存放了该数据帧所有的数据。由（Extension data + Application data 构成）

  1. Extension data：x字节，保留参数，默认为0 Byte，除非协商了扩展。
  2. Application data：y字节，如果上面Extension data为0，没有协商拓展，则此字段存储了该帧所有的数据。

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大小端

定义：对于一个由2个字节组成的16位整数，在内存中存储这两个字节有两种方法

• 一种是将低序字节存储在起始地址，这称为小端(little-endian)字节序；
• 另一种方法是将高序字节存储在起始地址，这称为大端(big-endian)字节序。

之所以关注这个问题是因为，在完善别人的Websocket协议时，当数据长度大于125的时候，我需要将真正的数据长度填充至2个字节或者8个字节的Extended payload length之中，由于采用的小端模式存储，导致服务端那边读取的数据长度一直不对，最后才发现是这个问题。

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位运算

&: 与 当两个位都为1时，结果才为1
1. 清零 与一个各位都为零的数值相与，结果为零
2. 取一个数的指定位, 用另一个指定位上全为1，其余位上全为0的数与该数相与，则获得的新值就是该数的指定位
3. 判断奇偶 最未位为0则为偶数，为1则为奇数
由此 可以用if ((a & 1) == 0)代替if (a % 2 == 0)来判断a是不是偶数，因为
1的末位数为1

|: 或 当两个位都为0时，结果才为0
1. 对一个数的某些位设置为1， 用另一个指定位上全为1，其余位上全为0的数与该数相或，则获得的新值指定位上的位就为1，非指定位还是会保持不变。

^: 异或 当两个位相同则为0，相异则为1
1. 翻转指定位， 用另一个指定位上全为1，其余位上全为0的数与该数异或，则获得的新值置顶位与该数指定位上的值正好相反
2. 与0相异或值不会改变 1000 0001 ^ 0000 0000 = 1000 0001
3. 交换两个数
a = 1000 1001, b = 1101 0000
a ^= b; // a = 0101 1001
b ^= a; // b = 1000 1001
a ^= b; // a = 1101 0000
如上所示，a 与b进行两次异或后，得出的新值还是a。

~: 取反， 每一位上0 ——> 1, 1 ——> 0
该运算符的优先级比其他的要高！

<< 左移运算符 将一个数的二进制位上各个位往左移若干位（左边的位丢
弃，右边补0）
a = 1011 1010, a<< 2 = 1110 1000

若左移时舍弃的高位不包含1，则每左移一位，相当于该数乘以2。
即 0011 1010<< 2 = 1110 1000
即  0011 1010 =  58， 1110 1000 = 116

>> 右移运算符 将一个数的二进制位上各个位往右移若干位（右边的位丢
弃，正数左边补0，负数左边补1）
a = 1011 1010, a>> 2 = 0010 1110

操作数每右移一位，相当于该数除以2。
即 1011 1010 = 186
即 0010 1110 = 46

不同长度的数据进行位运算时，则按照右端对齐，左端补齐0或者1，正数或者无符号数补0，负数补1

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最后

上篇文章立的flag这么快就被打脸了，这是2021年的第一篇，也希望今年有一个好的开始吧，再接再厉！