WebSocket 协议介绍

前言

一.通用协议设计

参考链接

/*
+---------------------------------------------------------------+
| 魔数 2byte | 协议版本号 1byte | 序列化算法 1byte | 报文类型 1byte  |
+---------------------------------------------------------------+
| 状态 1byte |        保留字段 4byte     |      数据长度 4byte     | 
+---------------------------------------------------------------+
|                   数据内容 （长度不定）          | 校验字段 2byte |
+---------------------------------------------------------------+
*/

待补充

正文

二.WebSocket 协议

2.1 基础数据帧

WebSocket数据帧

术语	说明	大小
FIN	如果是 1，表示这是消息（message）的最后一个分片（fragment）；如果是 0，表示不是是消息（message）的最后一个分片（fragment）	1bit
RSV1, RSV2, RSV3	一般情况下全为 0。当客户端、服务端协商采用 WebSocket 扩展时，这三个标志位可以非 0，且值的含义由扩展进行定义。如果出现非零的值，且并没有采用 WebSocket 扩展，连接出错	每个1 bit
Opcode	操作代码，Opcode 的值决定了应该如何解析后续的数据载荷（data payload）。如果操作代码是不认识的，那么接收端应该断开连接（fail the connection）	4 bits
Mask	表示是否要对数据载荷进行掩码操作。从客户端向服务端发送数据时，需要对数据进行掩码操作；从服务端向客户端发送数据时，不需要对数据进行掩码操作。如果服务端接收到的数据没有进行过掩码操作，服务端需要断开连接。如果 Mask 是 1，那么在 Masking-key 中会定义一个掩码键（masking key），并用这个掩码键来对数据载荷进行反掩码。所有客户端发送到服务端的数据帧，Mask 都是 1。	1bit
Payload length	数据载荷的长度，单位是字节。假设数 Payload length === x，如果： x 为 0~126：数据的长度为 x 字节。 x 为 126：后续 2 个字节代表一个 16 位的无符号整数，该无符号整数的值为数据的长度。 x 为 127：后续 8 个字节代表一个 64 位的无符号整数（最高位为 0），该无符号整数的值为数据的长度。此外，如果 payload length 占用了多个字节的话，payload length 的二进制表达采用网络序（big endian，重要的位在前）。	7 bits, 7+16 bits, 或者 7+64 bits
Masking-key	所有从客户端传送到服务端的数据帧，数据载荷都进行了掩码操作，Mask 为 1，且携带了 4 字节的 Masking-key。如果 Mask 为 0，则没有 Masking-key。备注：载荷数据的长度，不包括 mask key 的长度。	0 or 4 bytes
Payload data	“负载数据”定义为“扩展数据”连接“应用数据”。 -Extension data: x byte “扩展数据”是 0 字节除非已经协商了一个扩展。任何扩展必须指定“扩展数据”的长度，或长度是如何计算的，以及扩展如何使用必须在打开阶段握手期间协商。如果存在，“扩展数据”包含在总负载长度中。 - Application data: y bytes 任意的“应用数据”，占用“扩展数据”之后帧的剩余部分。“应用数据”的长度等于负载长度减去“扩展数据”长度。	(x+y) bytes

Opcode:

%x0 代表一个继续帧
%x1 代表一个文本帧
%x2 代表一个二进制帧
%x3-7 保留用于未来的非控制帧
%x8 代表连接关闭
%x9 代表 ping
%xA 代表 pong
%xB-F 保留用于未来的控制帧

2.2 数据帧另外一种表达方式

    ws-frame                = frame-fin           ; 1 bit in lengthframe-rsv1          ; 1 bit in lengthframe-rsv2          ; 1 bit in lengthframe-rsv3          ; 1 bit in lengthframe-opcode        ; 4 bits in lengthframe-masked        ; 1 bit in lengthframe-payload-length   ; either 7, 7+16,; or 7+64 bits in; length[ frame-masking-key ]  ; 32 bits in lengthframe-payload-data     ; n*8 bits in; length, where; n >= 0frame-fin               = %x0 ; more frames of this message follow/ %x1 ; final frame of this message; 1 bit in lengthframe-rsv1              = %x0 / %x1; 1 bit in length, MUST be 0 unless; negotiated otherwiseframe-rsv2              = %x0 / %x1; 1 bit in length, MUST be 0 unless; negotiated otherwiseframe-rsv3              = %x0 / %x1; 1 bit in length, MUST be 0 unless; negotiated otherwiseframe-opcode            = frame-opcode-non-control /frame-opcode-control /frame-opcode-contframe-opcode-cont       = %x0 ; frame continuationframe-opcode-non-control= %x1 ; text frame/ %x2 ; binary frame/ %x3-7; 4 bits in length,; reserved for further non-control framesframe-opcode-control    = %x8 ; connection close/ %x9 ; ping/ %xA ; pong/ %xB-F ; reserved for further control; frames; 4 bits in lengthframe-masked            = %x0; frame is not masked, no frame-masking-key/ %x1; frame is masked, frame-masking-key present; 1 bit in lengthframe-payload-length    = ( %x00-7D )/ ( %x7E frame-payload-length-16 )/ ( %x7F frame-payload-length-63 ); 7, 7+16, or 7+64 bits in length,; respectivelyframe-payload-length-16 = %x0000-FFFF ; 16 bits in lengthframe-payload-length-63 = %x0000000000000000-7FFFFFFFFFFFFFFF; 64 bits in lengthframe-masking-key       = 4( %x00-FF ); present only if frame-masked is 1; 32 bits in lengthframe-payload-data      = (frame-masked-extension-dataframe-masked-application-data); when frame-masked is 1/ (frame-unmasked-extension-dataframe-unmasked-application-data); when frame-masked is 0frame-masked-extension-data     = *( %x00-FF ); reserved for future extensibility; n*8 bits in length, where n >= 0frame-masked-application-data   = *( %x00-FF ); n*8 bits in length, where n >= 0frame-unmasked-extension-data   = *( %x00-FF ); reserved for future extensibility; n*8 bits in length, where n >= 0frame-unmasked-application-data = *( %x00-FF ); n*8 bits in length, where n >= 0

2.3 WebSocket掩码的作用

WebSocket的掩码算法是一种数据加密方法，‌用于保护数据传输的安全性。‌这种算法通过异或运算对数据进行处理，‌以防止早期版本的协议中存在的代理缓存污染攻击等问题。‌具体来说，‌掩码算法的实现过程如下：‌

掩码的作用：‌掩码算法并不是为了防止数据泄密，‌而是为了防止代理缓存污染攻击等问题。‌它通过对数据进行异或运算，‌使得原始数据在传输过程中被改变，‌只有在接收端使用相同的掩码进行反向操作，‌才能还原出原始数据。‌
算法描述：‌对于每个需要发送的字节，‌它通过与掩码密钥进行异或运算来生成传输的数据。‌具体来说，‌对于原始数据中的每个字节original-octet-i，‌它首先计算j = i MOD 4来获取掩码密钥中的对应字节masking-key-octet-j，为mask key第j个字节。‌然后，‌将original-octet-i与masking-key-octet-j进行异或运算，‌得到的结果即为传输的数据
即：j = i MOD 4
transformed-octet-i = original-octet-i XOR masking-key-octet-j。‌

void umask(char *payload, int len, char *mask)
{int i = 0;for (i = 0; i < len; i++){payload[i] ^= mask[i % 4];}
}

示例：‌以客户端发送语音文件到服务端的场景为例，‌客户端首先发送txt消息文件名称，‌然后再发送bin消息二进制流数据。‌在这个过程中，‌客户端对需要发送的字符与掩码进行异或运算，‌生成用于网络传输的数据。‌例如，‌字符’t’的ASCII值为116，‌与掩码14进行异或运算后，‌得到的结果用于传输。‌

待补充