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P.S：文章代码花样紊乱，也不知道是什么缘由，还望@segmentFault的兄弟看下~

在上一篇进步到了 web 通信的种种体式格局，包括 轮询、长衔接 以及种种 HTML5 中提到的手腕。本文将细致描述 WebSocket协定 在 web通信 中的完成。

一、WebSocket 协定

1. 概述

websocket协定许可不受信用的客户端代码在可控的收集环境中掌握长途主机。该协定包括一个握手和一个基础音讯分帧、分层经由过程TCP。简单点说，经由过程握手应对今后，竖立平安的信息管道，这类体式格局显著优于前文所说的基于 XMLHttpRequest 的 iframe 数据流和长轮询。该协定包括两个方面，握手链接（handshake）和数据传输（data transfer）。

2. 握手衔接

这部份比较简单，就像路上碰到熟人问好。

Client：嘿，老大，有火没？（烟递了过去）
Server：哈，有啊，来~ （点上）
Client：火柴啊，也行！（烟点上，考证终了）

握手衔接中，client 先主动伸手：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

客户端发了一串 Base64 加密的密钥过去，也就是上面你看到的 Sec-WebSocket-Key。
Server 看到 Client 打召唤今后，悄悄地通知 Client 他已知道了，趁便也打个召唤。

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

Server 返回了 Sec-WebSocket-Accept 这个应对，这个应对内容是经由过程肯定的体式格局天生的。天生算法是：

mask  = "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11";  // 这是算法中要用到的牢固字符串
accept = base64( sha1( key + mask ) );

key 和 mask 串接今后经由 SHA-1 处置惩罚，处置惩罚后的数据再经由一次 Base64 加密。剖析行动：

1. t = "GhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==" + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"
   -> "GhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"
2. s = sha1(t) 
   -> 0xb3 0x7a 0x4f 0x2c 0xc0 0x62 0x4f 0x16 0x90 0xf6 
      0x46 0x06 0xcf 0x38 0x59 0x45 0xb2 0xbe 0xc4 0xea
3. base64(s) 
   -> "s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK"

上面 Server 端返回的 HTTP 状况码是 101，假如不是 101 ，那就申明握手一开始就失利了~

下面就来个 demo，跟服务器握个手：

    var crypto = require('crypto');

    require('net').createServer(function(o){
        var key;
        o.on('data',function(e){
            if(!key){
                // 握手
                // 应对部份，代码先省略
                console.log(e.toString());
            }else{

            };
        });
    }).listen(8000);

客户端代码：

    var ws=new WebSocket("ws://127.0.0.1:8000");
    ws.onerror=function(e){
      console.log(e);
    };

上面当然是一串不完整的代码，目标是演示握手过程当中，客户端给服务端打召唤。在掌握台我们能够看到：

看起来很熟悉吧，实在就是发送了一个 HTTP 要求，这个我们在浏览器的 Network 中也能够看到：

然则 WebSocket协定 并非 HTTP 协定，刚开始考证的时刻借用了 HTTP 的头，衔接胜利今后的通信就不是 HTTP 了，不信你用 fiddler2 抓包尝尝，肯定是拿不到的，背面的通信部份是基于 TCP 的衔接。

服务器要胜利的举行通信，必需有应对，往下看：

    //服务器顺序
    var crypto = require('crypto');
    var WS = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11';
    require('net').createServer(function(o){
        var key;
        o.on('data',function(e){
            if(!key){
                //握手
                key = e.toString().match(/Sec-WebSocket-Key: (.+)/)[1];
                key = crypto.createHash('sha1').update(key + WS).digest('base64');
                o.write('HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n');
                o.write('Upgrade: websocket\r\n');
                o.write('Connection: Upgrade\r\n');
                o.write('Sec-WebSocket-Accept: ' + key + '\r\n');
                o.write('\r\n');
            }else{
                console.log(e);
            };
        });
    }).listen(8000);

关于crypto模块，能够看看官方文档，上面的代码应当是很好邃晓的，服务器应对今后，Client 拿到 Sec-WebSocket-Accept ，然后当地做一次考证，假如考证经由过程了，就会触发 onopen 函数。

//客户端顺序
var ws=new WebSocket("ws://127.0.0.1:8000/");
ws.onopen=function(e){
    console.log("握手胜利");
};

能够看到

3. 数据帧花样

官方文档供应了一个结构图

  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 ...                |
 +---------------------------------------------------------------+

第一眼瞟到这张图恐怕是要吐血，假如大学修正计算机收集这门课应当不会对这东西生疏，数据传输协定嘛，是须要定义字节长度及相干寄义的。

FIN      1bit 示意信息的末了一帧，flag，也就是标记符
RSV 1-3  1bit each 今后备用的 默许都为 0
Opcode   4bit 帧范例，稍后细说
Mask     1bit 掩码，是不是加密数据，默许必需置为1 （这里很蛋疼）
Payload  7bit 数据的长度
Masking-key      1 or 4 bit 掩码
Payload data     (x + y) bytes 数据
Extension data   x bytes  扩大数据
Application data y bytes  顺序数据

每一帧的传输都是顺从这个协定划定规矩的，知道了这个协定，那末剖析就不会太难了，这里我就直接拿了次碳酸钴同砚的代码。

4. 数据帧的剖析和编码

数据帧的剖析代码：

    function decodeDataFrame(e){
      var i=0,j,s,frame={
        //剖析前两个字节的基础数据
        FIN:e[i]>>7,Opcode:e[i++]&15,Mask:e[i]>>7,
        PayloadLength:e[i++]&0x7F
      };
      //处置惩罚特别长度126和127
      if(frame.PayloadLength==126)
        frame.length=(e[i++]<<8)+e[i++];
      if(frame.PayloadLength==127)
        i+=4, //长度平常用四字节的整型，前四个字节一般为长整形留空的
        frame.length=(e[i++]<<24)+(e[i++]<<16)+(e[i++]<<8)+e[i++];
      //推断是不是运用掩码
      if(frame.Mask){
        //猎取掩码实体
        frame.MaskingKey=[e[i++],e[i++],e[i++],e[i++]];
        //对数据和掩码做异或运算
        for(j=0,s=[];j<frame.PayloadLength;j++)
          s.push(e[i+j]^frame.MaskingKey[j%4]);
      }else s=e.slice(i,frame.PayloadLength); //不然直接运用数据
      //数组转换成缓冲区来运用
      s=new Buffer(s);
      //假如有必要则把缓冲区转换成字符串来运用
      if(frame.Opcode==1)s=s.toString();
      //设置上数据部份
      frame.PayloadData=s;
      //返回数据帧
      return frame;
    }

数据帧的编码：

    //NodeJS
    function encodeDataFrame(e){
      var s=[],o=new Buffer(e.PayloadData),l=o.length;
      //输入第一个字节
      s.push((e.FIN<<7)+e.Opcode);
      //输入第二个字节，推断它的长度并放入响应的后续长度音讯
      //永久不运用掩码
      if(l<126) s.push(l);
      else if(l<0x10000) s.push(126,(l&0xFF00)>>2,l&0xFF);
      else s.push(
        127, 0,0,0,0, //8字节数据，前4字节平常没用留空
        (l&0xFF000000)>>6,(l&0xFF0000)>>4,(l&0xFF00)>>2,l&0xFF
      );
      //返回头部份和数据部份的兼并缓冲区
      return Buffer.concat([new Buffer(s),o]);
    }

有些童鞋能够没有邃晓，应当剖析哪些数据。这的剖析使命主如果服务端处置惩罚，客户端送过去的数据是二进制流情势的，比方：

    var ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8000/");
    ws.onopen = function(){
        ws.send("握手胜利");
    };

Server 收到的信息是如许的：

一个放在Buffer花样的二进制流。而当我们输出的时刻剖析这个二进制流：

    //服务器顺序
    var crypto = require('crypto');
    var WS = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11';
    require('net').createServer(function(o){
        var key;
        o.on('data',function(e){
            if(!key){
                //握手
                key = e.toString().match(/Sec-WebSocket-Key: (.+)/)[1];
                key = crypto.createHash('sha1').update(key + WS).digest('base64');
                o.write('HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n');
                o.write('Upgrade: websocket\r\n');
                o.write('Connection: Upgrade\r\n');
                o.write('Sec-WebSocket-Accept: ' + key + '\r\n');
                o.write('\r\n');
            }else{
                // 输出之前剖析帧
                console.log(decodeDataFrame(e));
            };
        });
    }).listen(8000);

那输出的就是一个帧信息非常清楚的对象了：

5. 衔接的掌握

上面我买了个关子，提到的Opcode，没有细致申明，官方文档也给了一张表：

 |Opcode  | Meaning                             | Reference |
-+--------+-------------------------------------+-----------|
 | 0      | Continuation Frame                  | RFC 6455  |
-+--------+-------------------------------------+-----------|
 | 1      | Text Frame                          | RFC 6455  |
-+--------+-------------------------------------+-----------|
 | 2      | Binary Frame                        | RFC 6455  |
-+--------+-------------------------------------+-----------|
 | 8      | Connection Close Frame              | RFC 6455  |
-+--------+-------------------------------------+-----------|
 | 9      | Ping Frame                          | RFC 6455  |
-+--------+-------------------------------------+-----------|
 | 10     | Pong Frame                          | RFC 6455  |
-+--------+-------------------------------------+-----------|

次碳酸钴给出的剖析函数，获得的数据花样是：

    {
        FIN: 1,
        Opcode: 1,
        Mask: 1,
        PayloadLength: 4,
        MaskingKey: [ 159, 18, 207, 93 ],
        PayLoadData: 'test'
    }

那末能够对应上面检察，此帧的作用就是发送文本，为文本帧。由于衔接是基于 TCP 的，直接封闭 TCP 衔接，这个通道就封闭了，不过 WebSocket 设想的还比较人性化，封闭之前还跟你打一声召唤，在服务器端，能够推断frame的Opcode：

    var frame=decodeDataFrame(e);
    console.log(frame);
    if(frame.Opcode==8){
        o.end(); //断开衔接
    }

客户端和服务端交互的数据（帧）花样都是一样的，只需客户端发送 ws.close()， 服务器就会实行上面的操纵。相反，假如服务器给客户端也发送一样的封闭帧(close frame)：

    o.write(encodeDataFrame({
        FIN:1,
        Opcode:8,
        PayloadData:buf
    }));

客户端就会响应 onclose 函数，如许的交互还算是有规有矩，不容易失足。

二、注意事项

1. WebSocket URIs

很多人能够只是到 ws://text.com:8888，但事实上 websocket 协定地点是能够加 path 和 query 的。

    ws-URI = "ws:" "//" host [ ":" port ] path [ "?" query ]
    wss-URI = "wss:" "//" host [ ":" port ] path [ "?" query ]

假如运用的是 wss 协定，那末 URI 将会以平安体式格局衔接。 这里的 wss 大小写不敏感。

2. 协定中过剩的部份（吐槽）

握手要求中包括Sec-WebSocket-Key字段，明眼人一下就可以看出来是websocket衔接，而且这个字段的加密体式格局在服务器也是牢固的，假如他人想黑你，不会太难。

再就是谁人mask掩码，既然强迫加密了，另有必要让开发者处置惩罚这个东西么？直接封装到内部不就行了？

3. 与 TCP 和 HTTP 之间的关联

WebSocket协定是一个基于TCP的协定，就是握手链接的时刻跟HTTP相干（发了一个HTTP要求），这个要求被Server切换到（Upgrade）websocket协定了。websocket把 80 端口作为默许websocket衔接端口，而websocket的运转运用的是443端口。

三、参考资料

• http://tools.ietf.org/html/rfc6455 web standard – The WebSocket Protocol
• http://www.w3.org/TR/websockets/ W3.ORG – WebSockets