Websocket协议解析

2020-11-27 来源：乌哈旅游

WebSocket protocol 是HTML5一种新的协议。它是实现了浏览器与服务器全双工通信(full-duplex)。

现很多网站为了实现即时通讯，所用的技术都是轮询(polling)。轮询是在特定的的时间间隔（如每1秒），由浏览器对服务器发出HTTP request，然后由服务器返回最新的数据给客服端的浏览器。这种传统的HTTP request 的模式带来很明显的缺点 – 浏览器需要不断的向服务器发出请求，然而HTTP request 的header是非常长的，里面包含的数据可能只是一个很小的值，这样会占用很多的带宽。

而最比较新的技术去做轮询的效果是Comet – 用了AJAX。但这种技术虽然可达到全双工通信，但依然需要发出请求。

在 WebSocket API，浏览器和服务器只需要要做一个握手的动作，然后，浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道。两者之间就直接可以数据互相传送，改变了原有的B/S模式。

在这里是关于Websocket在 php 中的实现，这篇文章里，我主要对websocket 协议进行一个简单的介绍。

Websocket 业务模型

浏览器端的websocket 请求一般是

 // javacsript
 var ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:4000");
 ws.onopen = function(){
 console.log("succeed");
 };
 ws.onerror = function(){
 console.log(“error”);
 };
 ws.onmessage = function(e){
 console.log(e); 
 }

当 new 一个 websocket 对象之后，就会向服务器发送一个 get 请求

这个请求是对摸个服务器的端口发送的，一般的话，会预先在服务器将一个socket 绑定到一个端口上，客户端和服务器端在这个预定的端口上通信（我这里绑定的就是 4000 端口，默认情况下，websocke 使用 80 端口）。

然后，在服务器端的socket监听到这个packet 之后就生成一个新的 socket，将发送过来的数据中的 Sec-WebSocket-Key 解析出来，然后按照把“Sec-WebSocket-Ke”加上一个魔幻字符串“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。

客户端收到这个之后，就会将通信协议 upgrade 到 websocket 协议。

然后就会在这个持久的通道下进行通信，包括浏览器的询问，服务器的push，双方是在一个全双工的状态下相互通信。切换后的websocket 协议中的数据传输帧的格式(此时不再使用html协议) 官方文档给出的说明：

直接看这个，谁都会有点头大: 我花了一幅图来简单的解释这个 frame 的结构。

各字段的解释：

FIN 1bit 表示信息的最后一帧，flag，也就是标记符

RSV 1-3 1bit each 以后备用的默认都为 0

Opcode 4bit 帧类型，

Mask 1bit 掩码，是否加密数据，默认必须置为1

Payload len 7bit 数据的长度，当这个7 bit的数据 == 126 时，后面的2 个字节也是表示数据长度，当它 == 127 时，后面的 8 个字节表示数据长度Masking-key 1 or 4 bit 掩码Payload data playload len bytes 数据

所以我们这里的代码，通过判断 Playload len的值，来用 substr 截取 Masking-key 和 PlayloadData。

根据掩码解析数据的方法是:

for( i = 0; i < data.length ; i++){
 orginalData += data[i] ^ maskingKey[i mod 4]; 
}

在PHP中，当我们收到数据之后，按照这里的格式截取数据，并将其按照这里的方法解析后就得到了浏览器发送过来的数据。当我们想把数据发送给浏览器时，也要按照这个格式组装frame。这里是我的方法：

function frame($s){
 $a = str_split($s, 125);
 if (count($a) == 1){
 return "\x81" . chr(strlen($a[0])) . $a[0];
 }
 $ns = "";
 foreach ($a as $o){
 $ns .= "\x81" . chr(strlen($o)) . $o;
 }
 return $ns;
 }

强行将要发送的数据分割成 125 Byte / frame，这样 playload len 只需要 7 bits。也就是直接将数据的长度的ascall码拼接上去，然后后面跟上要发送的数据。每一个 frame 前面加的 ‘\x81’ 用二进制就是： 1000 0001 1000 ：

1 是 FIN

000 是三个备用的bit

0001 ：指的是 opcode 官方的解释：

可以设置 opcode的值，来告诉浏览器这个frame的数据属性。

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