协议

WebSocket是一种基于TCP之上的客户端与服务器全双工通讯的协议，它在HTML5中被定义，也是新一代webapp的基础规范之一。

它突破了早先的AJAX的限制，关键在于实时性，服务器可以主动推送内容 到客户端！可能的应用有：多人在线游戏，即时聊天，实时监控，远程桌面，新闻服务器等等。

对于我自己，当前最想尝试的是canvas+websocket组合起来能做什么。

实现

由于握手的过程是一个标准的HTTP请求，因此 websocket 的实现有两种选择：1）TCP上实现； 2) 现有HTTP软件上实现。后者的优势在于可以共用现有的HTTP服务器端口，并且不用重新实现认证功能和解析HTTP请求的功能。

这个示例中使用的 node 的HTTP模块。（TCP版及所有文件见 ）

node服务器端代码：

var http = require('http');var url = require('url');// var mime = require('mime');var crypto = require('crypto');var port = 4400;var server = http.createServer();    server.listen(port,function() {        console.log('server is running on localhost:',port);        server        .on('connection',function(s) {            console.log('on connection ',s);        })        .on('request',onrequest)        .on('upgrade',onupgrade);    });var onrequest = function(req,res) {    console.log( Object.keys(req) ,req.url,req['upgrade']);    if( !req.upgrade ){        // 非upgrade请求选择：中断或提供普通网页        res.writeHead(200, { 'content-type': 'text/plain' });        res.write( 'WebSocket server works!' );            }    res.end();    return;};var onupgrade = function (req,sock,head) {    // console.log('方法:',Object.keys(sock));    if(req.headers.upgrade !== 'WebSocket'){        console.warn('非法连接');        sock.end();        return;    }        bind_sock_event(sock);    try{        handshake(req,sock,head);    }catch(e){        console.error(e);        sock.end();    }};// 包装将要发送的帧var wrap = function(data) {    var fa = 0x00, fe = 0xff, data = data.toString()        len = 2+Buffer.byteLength(data),        buff = new Buffer(len);    buff[0] = fa;    buff.write(data,1);    buff[len-1] = fe;    return buff;}// 解开接收到的帧var unwrap = function(data) {    return data.slice(1,data.length-1);}var bind_sock_event = function(sock) {    sock    .on('data',function(buffer) {        var data = unwrap(buffer);        console.log('socket receive data : ',buffer,data,'\n>>> '+data);        // send('hello html5,'+Date.now())        sock.emit('send',data);    })    .on('close',function() {        console.log('socket close');    })    .on('end',function() {        console.log('socket end');    })    .on('send',function(data) { //自定义事件        sock.write(wrap(data),'binary');    })};var get_part = function(key) {    var empty   = '',        spaces  = key.replace(/\S/g,empty).length,        part    = key.replace(/\D/g,empty);    if(!spaces) throw {message:'Wrong key: '+key,name:'HandshakeError'}    return get_big_endian(part / spaces);}var get_big_endian = function(n) {      return String.fromCharCode.apply(null,[3,2,1,0].map(function(i) { return n >> 8*i & 0xff }))}var challenge = function(key1,key2,head) {    var sum = get_part(key1) + get_part(key2) + head.toString('binary');    return crypto.createHash('md5').update(sum).digest('binary');}var handshake = function(req,sock,head) {    var output = [],h = req.headers, br = '\r\n';    // header    output.push(        'HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake','Upgrade: WebSocket','Connection: Upgrade',        'Sec-WebSocket-Origin: ' + h.origin,        'Sec-WebSocket-Location: ws://' + h.host + req.url,        'Sec-WebSocket-Protocol: my-custom-chat-protocol'+br    );    // body    var c = challenge(h['sec-websocket-key1'],h['sec-websocket-key2'],head);    output.push(c);    sock.write(output.join(br),'binary');}

浏览器客户端代码：

    
     
send

细节

在 http 协议之上的 websocket 协议实现只有两步：握手，发送数据。

握手

握手的过程被称为 challenge-response。首先客户端发起一个名为Upgrade的HTTP GET请求，服务器验证此请求，给出101响应以表示接受此次协议升级，握手即完成了。

chrome inspector美化过的握手信息：

Request URL:ws://192.168.144.131:4400/pub/chat?q=meRequest Method:GETStatus Code:101 WebSocket Protocol HandshakeRequest HeadersConnection:UpgradeHost:192.168.144.131:4400Origin:http://localhost:800Sec-WebSocket-Key1:p2    G 947T 80  661 jAf2Sec-WebSocket-Key2:z Z Q ^326 5 9= 7s1  1 7H4Sec-WebSocket-Protocol::my-custom-chat-protocolUpgrade:WebSocket(Key3):7C:44:56:CA:1F:19:D2:0AResponse HeadersConnection:UpgradeSec-WebSocket-Location:ws://192.168.144.131:4400/pub/chat?q=meSec-WebSocket-Origin:http://localhost:800Sec-WebSocket-Protocol:my-custom-chat-protocolUpgrade:WebSocket(Challenge Response):52:DF:2C:F4:50:C2:8E:98:14:B7:7D:09:CF:C8:33:40

请求头部分

• Host: websocket服务器主机
• Connection: 连接类型
• Upgrade: 协议升级类型
• Origin: 访问来源
• Sec-WebSocket-Protocol: 可选，子协议名称，由应用自己定义，多个协议用空格分割。(*另外一个仅剩的可选项是cookie)
• Sec-WebSocket-Key1: 安全认证key，xhr请求不能伪造'sec-'开头的请求头。
• Sec-WebSocket-Key2: 同上
• Key3: 响应体内容,8字节随机。

响应头部分

• Sec-WebSocket-Protocol: 必须包含请求的子协议名
• Sec-WebSocket-Origin: 必须等于请求的来源
• Sec-WebSocket-Location: 必须等于请求的地址
• Challenge Response: 响应体内容，根据请求中三个key计算得来，16字节。

应答字符串计算过程伪代码:

part_1 = key1中所有数字 / key1中空格数量part_2 同上sum = big_endian(part_1)+big_endian(part_2)+key3challenge_response = md5_digest(sum);

32位整数的big_endian计算策略：

# 很类似于rgba颜色计算,从下面的函数可以看出计算过程var big_endian = function(n) {    return [3,2,1,0].map(function(i) { return n >> 8*i & 0xff });}big_endian(0xcc77aaff);// -> [204, 119, 170, 255]

发送数据

WebSocket API的被设计成用事件处理数据，客户端只要得到事件通知就可以获取到完整的数据，而不需要手动处理缓冲器。

这种情况下，每一笔数据被称为一帧。在规范的定义中，它的头部必须以0x00开始，尾部属性以0xff结束，这样每一次数据发送至少有两个字节。

服务器实现中，收到数据时要截掉头尾；而发送数据是要包装头尾。格式如下：

# '你好'的原始二进制表示，请求头和这里都是utf8编码
    
     # 包装后的二进制表示。
     
    

参考链接

websocket draft:

w3 websocket api：

whatwg webapp规范：

有趣的交互证明：

附件

查看或下载：