WebSocket握手总结

原创

编程的世界你不懂 2021-07-16 17:24:59 ©著作权

文章标签 握手 文章分类 代码人生

©著作权归作者所有：来自51CTO博客作者编程的世界你不懂的原创作品，请联系作者获取转载授权，否则将追究法律责任

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

原理

以前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（如每隔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，里面包含的有用数据可能只是一个很小的值，这样会占用很多的带宽。
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。

握手协议

在实现websocket连线过程中，需要通过浏览器发出websocket连线请求，然后服务器发出回应，这个过程通常称为“握手” (handshaking)。
该方案处在草案阶段，目前在使用的有两个版本，一个是以chrome为首的使用的version 13（目前最新），该版本出现在RFC6455中。另一个是以safari（包括桌面和移动版本）为首的使用的draft-ietf-hybi版。

以下分别介绍两个版本的握手方法

Chrome版

客户端请求web socket连接时，会向服务器端发送握手请求

客户端请求：
var ws = new WebSocket('ws://192.168.0.10:8080');

请求内容大致如下：

GET / HTTP/1.1
Host: 192.168.0.10:8080
Connection: Upgrade
Pragma: no-cache
Cache-Control: no-cache
Upgrade: websocket
Origin: null
Sec-WebSocket-Version: 13
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/39.0.2171.95 Safari/537.36
Accept-Encoding: gzip, deflate, sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
Sec-WebSocket-Key: VR+OReqwhymoQ21dBtoIMQ==
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits

请求包说明：
* 必须是有效的http request 格式；
* HTTP request method 必须是GET，协议应不小于1.1 如： Get / HTTP/1.1；
* 必须包括Upgrade头域，并且其值为”websocket”;
* 必须包括”Connection” 头域，并且其值为”Upgrade”;
* 必须包括”Sec-WebSocket-Key”头域，其值采用base64编码的随机16字节长的字符序列;
* 如果请求来自浏览器客户端，还必须包括Origin头域。该头域用于防止未授权的跨域脚本攻击，服务器可以从Origin决定是否接受该WebSocket连接;
* 必须包括”Sec-webSocket-Version” 头域，当前值必须是13;
* 可能包括”Sec-WebSocket-Protocol”，表示client（应用程序）支持的协议列表，server选择一个或者没有可接受的协议响应之;
* 可能包括”Sec-WebSocket-Extensions”，协议扩展，某类协议可能支持多个扩展，通过它可以实现协议增强;
* 可能包括任意其他域，如cookie.

服务器端响应如下：

HTTP/1.1 101 Web Socket Protocol Handshake
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: Y+Te7S7wQJC0FwXumEdGbv9/Mek=

应答包说明：
*必须包括Upgrade头域，并且其值为”websocket”;
*必须包括Connection头域，并且其值为”Upgrade”;
*必须包括Sec-WebSocket-Accept头域，其值是将请求包“Sec-WebSocket-Key”的值，与”258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11″这个字符串进行拼接，然后对拼接后的字符串进行sha-1运算，再进行base64编码，就是“Sec-WebSocket-Accept”的值；
*应答包中冒号后面有一个空格；
*最后需要两个空行作为应答包结束。

<?php
//获取请求包中Sec-WebSocket-Key的值
//$req为请求包内容
if(preg_match("/Sec-WebSocket-Key: (.*)\r\n/",$req,$match)){ $key=$match[1]; }
?>

<?php
    //计算Sec-WebSocket-Accept值算法
    private function websocket_accept_key($strkey){
        $strkey .= "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11";
        $hash_data = base64_encode(sha1($strkey,true));
        return $hash_data;
    }
?>

<?php
//组装应答包代码
$hash_data = $this->websocket_accept_key($strkey);
$upgrade = "HTTP/1.1 101 Web Socket Protocol Handshake\r\n" .
    "Upgrade: websocket\r\n" .
    "Connection: Upgrade\r\n" .
    "Sec-WebSocket-Accept: " . $hash_data . "\r\n" .
    "\r\n";
?>

握手成功！

Safari版

请求内容大致如下：

GET / HTTP/1.1
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
Host: 192.168.0.10:8080
Origin: file://
Sec-WebSocket-Key1: 4 @1  46546xW%0l 1 5
Sec-WebSocket-Key2: 12998 5 Y3 1  .P00

^n:ds[4U

请求包说明：
*必须包括”Sec-WebSocket-Key1”头域，由可见字符组成；
*必须包括”Sec-WebSocket-Key2”头域，由可见字符组成；
*在请求包的最后，会有一行请求正文，它不属于任何头域，我们可以理解为”Sec-WebSocket-Key3”，因为它需要参与到计算应答体；
*请求正文的上一行是一行空行；
*请求正文大部分情况下是非可见字符，俗称乱码，但这不影响后面的计算。

服务器端响应如下：

HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Origin: file://
Sec-WebSocket-Location: ws://192.168.0.10:8080/

8jKS'y:G*Co,Wxa-

应答包说明：
*必须包括”Upgrade”头域，其值为WebSocket；
*必须包括”Connection”头域，其值为Upgrade；
*必须包括”Sec-WebSocket-Origin”头域；
*必须包括”Sec-WebSocket-Location”头域;
*应答正文的上一行是一行空行;
*应答正文后面没有任何结束符或者换行符。

<?php
//获取请求包中Sec-WebSocket-Key1和Sec-WebSocket-Key2值
//$req为请求包内容
if(preg_match("/Sec-WebSocket-Key1: (.*)\r\n/",$req,$match)){ $key1=$match[1]; }
if(preg_match("/Sec-WebSocket-Key2: (.*)\r\n/",$req,$match)){ $key2=$match[1]; }
?>

<?php
//获取请求正文内容
$arr = explode("\r\n", $req);
$body = end($arr);
?>

<?php
 /*
    计算应答正文内容
    1.把Sec-WebSocket-Key1中的数字从左到右提取出来,上面的例子是：4146546015;
    2.把Sec-WebSocket-Key2中的数字从左到右提取出来,上面的例子是：1299853100;
    3.计算Sec-WebSocket-Key1中的空格数,上面的例子是：5(冒号后面的空格不算);
    4.计算Sec-WebSocket-Key2中的空格数,上面的例子是：5(冒号后面的空格不算);
    5.将提取出来的数字除以空格数，去整，分别得到829309203 和 259970620;
    6.将上一步计算得到的数字分别以Big-Endian的方式打包，拼接，然后再与请求正文的8个字节拼接，计算其MD5值。
 */
 public function websocket_accept_key_76($key1, $key2, $body){

        $tmp = array();
        $kv1 = 0;
        $kv2 = 0;
        $c1 = 0;
        $c2 = 0;

        $key1Len = strlen($key1);
        $key2Len = strlen($key2);

        for($i = 0; $i < $key1Len; $i++){
            if($key1[$i]>='0' && $key1[$i]<='9') $kv1 = $kv1*10+($key1[$i]-'0');
            else if($key1[$i]==' ') $c1++;
        }

        for($i = 0; $i < $key2Len; $i++){
            if($key2[$i]>='0' && $key2[$i]<='9') $kv2 = $kv2*10+($key2[$i]-'0');
            else if($key2[$i]==' ') $c2++;
        }

        $kv1 = $kv1/$c1;
        $kv2 = $kv2/$c2;

        $key1_sec = pack("N",$kv1);
        $key2_sec = pack("N",$kv2);

        $hash_data = md5($key1_sec.$key2_sec.$body,true);
        return $hash_data;
    }

?>

获得的这个就是应答体正文，通常是非可见字符–“乱码”。
然后就是返回应答包给浏览器了

<?php
//组装应答包代码
$hash_data = $this->websocket_accept_key_76($strkey);
$upgrade = ""HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake\r\n" .
                "Upgrade: WebSocket\r\n" .
                "Connection: Upgrade\r\n" .
                "Sec-WebSocket-Origin: $origin\r\n".
                "Sec-WebSocket-Location: ws://$host/\r\n".
                "\r\n" . $hash_data;
?>