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你真的了解WebSocket吗？

2017-05-24 14:07 399 查看
WebSocket协议是基于TCP的一种新的协议。WebSocket最初在HTML5规范中被引用为TCP连接，作为基于TCP的套接字API的占位符。它实现了浏览器与服务器全双工(full-duplex)通信。其本质是保持TCP连接，在浏览器和服务端通过Socket进行通信。

本文将使用Python编写Socket服务端，一步一步分析请求过程！！！

1. 启动服务端

import socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sock.bind(('127.0.0.1', 8002))
sock.listen(5)
# 等待用户连接
conn, address = sock.accept()
...
...
...


启动Socket服务器后，等待用户【连接】，然后进行收发数据。

2. 客户端连接

<script type="text/javascript">
var socket = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8002/xxoo");
...
</script>


当客户端向服务端发送连接请求时，不仅连接还会发送【握手】信息，并等待服务端响应，至此连接才创建成功！

3. 建立连接【握手】

import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sock.bind(('127.0.0.1', 8002))
sock.listen(5)
# 获取客户端socket对象
conn, address = sock.accept()
# 获取客户端的【握手】信息
data = conn.recv(1024)
...
...
...
conn.send('响应【握手】信息')


请求和响应的【握手】信息需要遵循规则：

从请求【握手】信息中提取 Sec-WebSocket-Key

利用magic_string 和 Sec-WebSocket-Key 进行hmac1加密，再进行base64加密

将加密结果响应给客户端

注：magic string为：258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11

请求【握手】信息为：

GET /chatsocket HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8002
Connection: Upgrade
Pragma: no-cache
Cache-Control: no-cache
Upgrade: websocket
Origin: http://localhost:63342 Sec-WebSocket-Version: 13
Sec-WebSocket-Key: mnwFxiOlctXFN/DeMt1Amg==
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits
...
...


提取Sec-WebSocket-Key值并加密：

import socket
import base64
import hashlib

def get_headers(data):
"""
将请求头格式化成字典
:param data:
:return:
"""
header_dict = {}
data = str(data, encoding='utf-8')

for i in data.split('\r\n'):
print(i)
header, body = data.split('\r\n\r\n', 1)
header_list = header.split('\r\n')
for i in range(0, len(header_list)):
if i == 0:
if len(header_list[i].split(' ')) == 3:
header_dict['method'], header_dict['url'], header_dict['protocol'] = header_list[i].split(' ')
else:
k, v = header_list[i].split(':', 1)
header_dict[k] = v.strip()
return header_dict

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sock.bind(('127.0.0.1', 8002))
sock.listen(5)

conn, address = sock.accept()
data = conn.recv(1024)
headers = get_headers(data) # 提取请求头信息
# 对请求头中的sec-websocket-key进行加密
response_tpl = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n" \
"Upgrade:websocket\r\n" \
"Connection: Upgrade\r\n" \
"Sec-WebSocket-Accept: %s\r\n" \
"WebSocket-Location: ws://%s%s\r\n\r\n"
magic_string = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'
value = headers['Sec-WebSocket-Key'] + magic_string
ac = base64.b64encode(hashlib.sha1(value.encode('utf-8')).digest())
response_str = response_tpl % (ac.decode('utf-8'), headers['Host'], headers['url'])
# 响应【握手】信息
conn.send(bytes(response_str, encoding='utf-8'))
...
...
...


4.客户端和服务端收发数据

客户端和服务端传输数据时，需要对数据进行【封包】和【解包】。客户端的JavaScript类库已经封装【封包】和【解包】过程，但Socket服务端需要手动实现。

第一步：获取客户端发送的数据【解包】

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>Python聊天室</title>
</head>
<body>
<div>
<input type="text" id="txt"/>
<input type="button" id="btn" value="提交" onclick="sendMsg();"/>
<input type="button" id="close" value="关闭连接" onclick="closeConn();"/>
</div>
<div id="container" style="border: 1px solid #dddddd;margin: 20px;min-height: 500px;">

</div>

<script src="/static/jquery-2.1.4.min.js"></script>
<script type="text/javascript">
$(function () {
wsUpdater.start();
});

var wsUpdater = {
socket: null,
uid: null,
start: function() {
var url = "ws://127.0.0.1:8888/chat";
wsUpdater.socket = new WebSocket(url);
wsUpdater.socket.onmessage = function(event) {
console.log(event);
if(wsUpdater.uid){
wsUpdater.showMessage(event.data);
}else{
wsUpdater.uid = event.data;
}
}
},
showMessage: function(content) {
$('#container').append(content);
}
};

function sendMsg() {
var msg = {
uid: wsUpdater.uid,
message: $("#txt").val()
};
wsUpdater.socket.send(JSON.stringify(msg));
}

</script>

</body>
</html>


index.html
示例源码下载

参考文献：https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/WebSockets_API/Writing_WebSocket_servers
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