在上一篇提高到了 web 通信的各种方式，包括 轮询、长连接 以及各种 HTML5 中提到的手段。本文将详细描述 WebSocket协议 在 web通讯 中的实现。
一、WebSocket 协议
1. 概述
websocket协议允许不受信用的客户端代码在可控的网络环境中控制远程主机。该协议包含一个握手和一个基本消息分帧、分层通过TCP。简单点说，通过握手应答之后，建立安全的信息管道，这种方式明显优于前文所说的基于 XMLHttpRequest 的 iframe 数据流和长轮询。该协议包括两个方面，握手链接（handshake）和数据传输（data transfer）。
2. 握手连接
这部分比较简单，就像路上遇到熟人问好。
Client：嘿，大哥，有火没？（烟递了过去）Server：哈，有啊，来~ （点上）Client：火柴啊，也行！（烟点上，验证完毕）
握手连接中，client 先主动伸手：
GET /chat HTTP/1.1Host: server.example.comUpgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==Origin: http://example.comSec-WebSocket-Protocol: chat, superchatSec-WebSocket-Version: 13
客户端发了一串 Base64 加密的密钥过去，也就是上面你看到的 Sec-WebSocket-Key。 Server 看到 Client 打招呼之后，悄悄地告诉 Client 他已经知道了，顺便也打个招呼。
HTTP/1.1 101 Switching ProtocolsUpgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=Sec-WebSocket-Protocol: chat
Server 返回了 Sec-WebSocket-Accept 这个应答，这个应答内容是通过一定的方式生成的。生成算法是：
mask ?= "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"; ?// 这是算法中要用到的固定字符串accept = base64( sha1( key + mask ) );
key 和 mask 串接之后经过 SHA-1 处理，处理后的数据再经过一次 Base64 加密。分解动作：
1. t = "GhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==" + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11" ??-> "GhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"2. s = sha1(t) ???-> 0xb3 0x7a 0x4f 0x2c 0xc0 0x62 0x4f 0x16 0x90 0xf6 ??????0x46 0x06 0xcf 0x38 0x59 0x45 0xb2 0xbe 0xc4 0xea3. base64(s) ???-> "s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo="
上面 Server 端返回的 HTTP 状态码是 101，如果不是 101 ，那就说明握手一开始就失败了~
下面就来个 demo，跟服务器握个手：
var crypto = require(‘crypto‘);require(‘net‘).createServer(function(o){ ???var key; ???o.on(‘data‘,function(e){ ???????if(!key){ ???????????// 握手 ???????????// 应答部分，代码先省略 ???????????console.log(e.toString()); ???????}else{ ???????}; ???});}).listen(8000);客户端代码：
var ws=new WebSocket("ws://127.0.0.1:8000");ws.onerror=function(e){ ?console.log(e);};上面当然是一串不完整的代码，目的是演示握手过程中，客户端给服务端打招呼。在控制台我们可以看到：
看起来很熟悉吧，其实就是发送了一个 HTTP 请求，这个我们在浏览器的 Network 中也可以看到：
但是 WebSocket协议 并不是 HTTP 协议，刚开始验证的时候借用了 HTTP 的头，连接成功之后的通信就不是 HTTP 了，不信你用 fiddler2 抓包试试，肯定是拿不到的，后面的通信部分是基于 TCP 的连接。
服务器要成功的进行通信，必须有应答，往下看：
//服务器程序var crypto = require(‘crypto‘);var WS = ‘258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11‘;require(‘net‘).createServer(function(o){ ???var key; ???o.on(‘data‘,function(e){ ???????if(!key){ ???????????//握手 ???????????key = e.toString().match(/Sec-WebSocket-Key: (.+)/)[1]; ???????????key = crypto.createHash(‘sha1‘).update(key + WS).digest(‘base64‘); ???????????o.write(‘HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n‘); ???????????o.write(‘Upgrade: websocket\r\n‘); ???????????o.write(‘Connection: Upgrade\r\n‘); ???????????o.write(‘Sec-WebSocket-Accept: ‘ + key + ‘\r\n‘); ???????????o.write(‘\r\n‘); ???????}else{ ???????????console.log(e); ???????}; ???});}).listen(8000);关于crypto模块，可以看看官方文档，上面的代码应该是很好理解的，服务器应答之后，Client 拿到 Sec-WebSocket-Accept ，然后本地做一次验证，如果验证通过了，就会触发 onopen 函数。
//客户端程序var ws=new WebSocket("ws://127.0.0.1:8000/");ws.onopen=function(e){ ???console.log("握手成功");};可以看到
3. 数据帧格式
官方文档提供了一个结构图
?0 ??????????????????1 ??????????????????2 ??????????????????3 ?0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+ |F|R|R|R| opcode|M| Payload len | ???Extended payload length ???| |I|S|S|S| ?(4) ?|A| ????(7) ????| ????????????(16/64) ??????????| |N|V|V|V| ??????|S| ????????????| ??(if payload len==126/127) ??| | |1|2|3| ??????|K| ????????????| ??????????????????????????????| +-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - + | ????Extended payload length continued, if payload len == 127 ?| + - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+ | ??????????????????????????????|Masking-key, if MASK set to 1 ?| +-------------------------------+-------------------------------+ | Masking-key (continued) ??????| ?????????Payload Data ????????| +-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - + : ????????????????????Payload Data continued ... ???????????????: + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + | ????????????????????Payload Data continued ... ???????????????| +---------------------------------------------------------------+
第一眼瞟到这张图恐怕是要吐血，如果大学修改计算机网络这门课应该不会对这东西陌生，数据传输协议嘛，是需要定义字节长度及相关含义的。
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 0Opcode ??4bit 帧类型，稍后细说Mask ????1bit 掩码，是否加密数据，默认必须置为1 （这里很蛋疼）Payload ?7bit 数据的长度Masking-key ?????1 or 4 bit 掩码Payload data ????(x + y) bytes 数据Extension data ??x bytes ?扩展数据Application data y bytes ?程序数据
每一帧的传输都是遵从这个协议规则的，知道了这个协议，那么解析就不会太难了，下面我就直接拿了次碳酸钴同学的代码。
4. 数据帧的解析和编码
数据帧的解析代码：
function decodeDataFrame(e){ ?var i=0,j,s,frame={ ???//解析前两个字节的基本数据 ???FIN:e[i]>>7,Opcode:e[i++]&15,Mask:e[i]>>7, ???PayloadLength:e[i++]&0x7F ?}; ?//处理特殊长度126和127 ?if(frame.PayloadLength==126) ???frame.length=(e[i++]<<8)+e[i++]; ?if(frame.PayloadLength==127) ???i+=4, //长度一般用四字节的整型，前四个字节通常为长整形留空的 ???frame.length=(e[i++]<<24)+(e[i++]<<16)+(e[i++]<<8)+e[i++]; ?//判断是否使用掩码 ?if(frame.Mask){ ???//获取掩码实体 ???frame.MaskingKey=[e[i++],e[i++],e[i++],e[i++]]; ???//对数据和掩码做异或运算 ???for(j=0,s=[];j<frame.PayloadLength;j++) ?????s.push(e[i+j]^frame.MaskingKey[j%4]); ?}else s=e.slice(i,frame.PayloadLength); //否则直接使用数据 ?//数组转换成缓冲区来使用 ?s=new Buffer(s); ?//如果有必要则把缓冲区转换成字符串来使用 ?if(frame.Opcode==1)s=s.toString(); ?//设置上数据部分 ?frame.PayloadData=s; ?//返回数据帧 ?return frame;}数据帧的编码：
//NodeJSfunction encodeDataFrame(e){ ?var s=[],o=new Buffer(e.PayloadData),l=o.length; ?//输入第一个字节 ?s.push((e.FIN<<7)+e.Opcode); ?//输入第二个字节，判断它的长度并放入相应的后续长度消息 ?//永远不使用掩码 ?if(l<126)s.push(l); ?else if(l<0x10000)s.push(126,(l&0xFF00)>>2,l&0xFF); ?else s.push( ???127, 0,0,0,0, //8字节数据，前4字节一般没用留空 ???(l&0xFF000000)>>6,(l&0xFF0000)>>4,(l&0xFF00)>>2,l&0xFF ?); ?//返回头部分和数据部分的合并缓冲区 ?return Buffer.concat([new Buffer(s),o]);}有些童鞋可能没有明白，应该解析哪些数据。这的解析任务主要是服务端处理，客户端送过去的数据是二进制流形式的，比如：
var ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8000/"); ws.onopen = function(){ ws.send("握手成功"); };Server 收到的信息是这样的：
一个放在Buffer格式的二进制流。而当我们输出的时候解析这个二进制流：
//服务器程序var crypto = require(‘crypto‘);var WS = ‘258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11‘;require(‘net‘).createServer(function(o){ ???var key; ???o.on(‘data‘,function(e){ ???????if(!key){ ???????????//握手 ???????????key = e.toString().match(/Sec-WebSocket-Key: (.+)/)[1]; ???????????key = crypto.createHash(‘sha1‘).update(key + WS).digest(‘base64‘); ???????????o.write(‘HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n‘); ???????????o.write(‘Upgrade: websocket\r\n‘); ???????????o.write(‘Connection: Upgrade\r\n‘); ???????????o.write(‘Sec-WebSocket-Accept: ‘ + key + ‘\r\n‘); ???????????o.write(‘\r\n‘); ???????}else{ ???????????// 输出之前解析帧 ???????????console.log(decodeDataFrame(e)); ???????}; ???});}).listen(8000);那输出的就是一个帧信息十分清晰的对象了：
5. 连接的控制
上面我买了个关子，提到的Opcode，没有详细说明，官方文档也给了一张表：
|Opcode ?| Meaning ????????????????????????????| Reference |-+--------+-------------------------------------+-----------| | 0 ?????| Continuation Frame ?????????????????| RFC 6455 ?|-+--------+-------------------------------------+-----------| | 1 ?????| Text Frame ?????????????????????????| RFC 6455 ?|-+--------+-------------------------------------+-----------| | 2 ?????| Binary Frame ???????????????????????| RFC 6455 ?|-+--------+-------------------------------------+-----------| | 8 ?????| Connection Close Frame ?????????????| RFC 6455 ?|-+--------+-------------------------------------+-----------| | 9 ?????| Ping Frame ?????????????????????????| RFC 6455 ?|-+--------+-------------------------------------+-----------| | 10 ????| Pong Frame ?????????????????????????| RFC 6455 ?|-+--------+-------------------------------------+-----------|
decodeDataFrame 解析数据，得到的数据格式是：
{ ???FIN: 1, ???Opcode: 1, ???Mask: 1, ???PayloadLength: 4, ???MaskingKey: [ 159, 18, 207, 93 ], ???PayLoadData: ‘握手成功‘}那么可以对应上面查看，此帧的作用就是发送文本，为文本帧。因为连接是基于 TCP 的，直接关闭 TCP 连接，这个通道就关闭了，不过 WebSocket 设计的还比较人性化，关闭之前还跟你打一声招呼，在服务器端，可以判断frame的Opcode：
var frame=decodeDataFrame(e);console.log(frame);if(frame.Opcode==8){ ???o.end(); //断开连接}客户端和服务端交互的数据（帧）格式都是一样的，只要客户端发送 ws.close()， 服务器就会执行上面的操作。相反，如果服务器给客户端也发送同样的关闭帧(close frame)：
o.write(encodeDataFrame({ ???FIN:1, ???Opcode:8, ???PayloadData:buf}));客户端就会相应 onclose 函数，这样的交互还算是有规有矩，不容易出错。
二、注意事项
1. WebSocket URIs
很多人可能只知道 ws://text.com:8888，但事实上 websocket 协议地址是可以加 path 和 query 的。
ws-URI = "ws:" "//" host [ ":" port ] path [ "?" query ]wss-URI = "wss:" "//" host [ ":" port ] path [ "?" query ]
如果使用的是 wss 协议，那么 URI 将会以安全方式连接。 这里的 wss 大小写不敏感。
2. 协议中"多余"的部分（吐槽）
握手请求中包含Sec-WebSocket-Key字段，明眼人一下就能看出来是websocket连接，而且这个字段的加密方式在服务器也是固定的，如果别人想黑你，不会太难。
再就是那个 MaskingKey 掩码，既然强制加密了（Mask为1表示加密，加密方式就是 MaskingKey 与 PayLoadData 进行异或处理），还有必要让开发者处理这个东西么？直接封装到内部不就行了？
3. 与 TCP 和 HTTP 之间的关系
WebSocket协议是一个基于TCP的协议，就是握手链接的时候跟HTTP相关（发了一个HTTP请求），这个请求被Server切换到（Upgrade）websocket协议了。websocket把 80 端口作为默认websocket连接端口，而websocket的运行使用的是443端口。
三、参考资料
- http://tools.ietf.org/html/rfc6455 web standard - The WebSocket Protocol
- http://www.w3.org/TR/websockets/ W3.ORG - WebSockets
转 http://www.cnblogs.com/hustskyking/p/websocket-with-node.html
细说WebSocket -- Node.js篇
原文地址：http://www.cnblogs.com/fps2tao/p/7863052.html