node.js 使用 net 模塊模擬 websocket 握手進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞操作示例
本文實(shí)例講述了node.js 使用 net 模塊模擬 websocket 握手進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞操作。分享給大家供大家參考，具體如下：
websocket 是一種讓瀏覽器與服務(wù)器之間建立持久的連接，并能進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N協(xié)議。
websocket 屬性應(yīng)用層協(xié)議，基于tcp傳輸協(xié)議，并復(fù)用http的握手通道。
一、如何進(jìn)行websocket連接。
websocket復(fù)用了http的握手通道，客戶(hù)端通過(guò)http請(qǐng)求與服務(wù)端進(jìn)行協(xié)商，升級(jí)協(xié)議。協(xié)議升級(jí)完后，后面的數(shù)據(jù)交換則遵照websocket協(xié)議。
1、客戶(hù)端申請(qǐng)協(xié)議升級(jí)
Request URL: ws://localhost:8888/ Request Method: GET Connection: Upgrade Upgrade: websocket Sec-WebSocket-Version: 13 Sec-WebSocket-Key: uR5YP/BMO6M24tAFcmHeXw== Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits
- Connection: Upgrade 表示要升級(jí)協(xié)議
- Upgrade: websocket 表示升級(jí)到websocket協(xié)議
- Sec-WebSocket-Version: 13 表示websocket的版本
- Sec-WebSocket-Key 表示websocket的驗(yàn)證，防止惡意的連接，與服務(wù)端響應(yīng)的Sec-WebSocket-Accept是配套。
2、服務(wù)端響應(yīng)協(xié)議升級(jí)
Status Code: 101 Switching Protocols Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: eS92kXpBNI6fWsCkj6WxH6QeoHs= Upgrade: websocket
Status Code：101 表示狀態(tài)碼，協(xié)議切換。
Sec-WebSocket-Accept 表示服務(wù)端響應(yīng)的校驗(yàn)，與客戶(hù)端的Sec-WebSocket-Key是配套的。
3、Sec-WebSocket-Accept是如何計(jì)算的
將 Sec-WebSocket-Key 的值與 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 拼接。
然后通過(guò)sha1計(jì)算，再轉(zhuǎn)成base64。
const crypto = require('crypto');
function getSecWebSocketAccept(key) {
return crypto.createHash('sha1')
.update(key + '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11')
.digest('base64');
}
console.log(getSecWebSocketAccept('uR5YP/BMO6M24tAFcmHeXw=='));
4、協(xié)議升級(jí)完后，后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸就需要按websocket協(xié)議來(lái)走。
websocket客戶(hù)端與服務(wù)端通信的最小單位是 幀，由1個(gè)或多個(gè)幀組成完整的消息。
客戶(hù)端：將消息切割成多個(gè)幀，發(fā)送給服務(wù)端。
服務(wù)端：接收到消息幀，將幀重新組裝成完整的消息。
5、數(shù)據(jù)幀的格式
單位是1個(gè)比特位，F(xiàn)IN，PSV1，PSV2，PSV3 占1個(gè)比特位，opcode占4個(gè)比特位。
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+ |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 ... | +---------------------------------------------------------------+
FIN 占1位，用來(lái)表示該幀是否是最后一幀，1表示是，0表示不是。
RSV1，RSV2，RSV3 分別占1位，一般情況下全為0，擴(kuò)展使用，值的含義由擴(kuò)展進(jìn)行定義。
opcode 占4位，表示如何解析后面的數(shù)據(jù)載荷(Payload Data)。
%x0 表示一個(gè)延續(xù)幀，opcode為0時(shí)，表示數(shù)據(jù)傳輸采用了數(shù)據(jù)分片，當(dāng)前的數(shù)據(jù)幀只是其中一個(gè)數(shù)據(jù)分片。
%x1 表示這是一個(gè)文本幀
%x2 表示這是一個(gè)二進(jìn)制幀
%x3-7 保留的操作代碼，用于定義后續(xù)的非控制幀。
%x8 表示連接斷開(kāi)
%x9 表示這是一個(gè)ping操作
%xA 表示這是一個(gè)pong操作
%xB-F 保留的操作代碼，用于定義后續(xù)的控制幀。
MASK 占1位，表示是否要對(duì)數(shù)據(jù)載荷進(jìn)行掩碼操作。
客戶(hù)端向服務(wù)端發(fā)數(shù)據(jù)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行掩碼操作，服務(wù)端向客戶(hù)端發(fā)數(shù)據(jù)，不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行掩碼操作。
如果Mask為1，則Masking-key中會(huì)定義一個(gè)掩碼鍵，通過(guò)該掩碼鍵對(duì)數(shù)據(jù)載荷進(jìn)行反掩碼?？蛻?hù)端發(fā)送給服務(wù)端的數(shù)據(jù)幀，MASK都是1。
Payload len 為7位，或7+16位，或7+64位，表示數(shù)據(jù)載荷的長(zhǎng)度，單位字節(jié)。
如果Payload len=0~125，表示，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為0~125字節(jié)。
如果Payload len=126，表示，后續(xù)的2個(gè)字節(jié)代表一個(gè)16位的無(wú)符號(hào)整數(shù)，該整數(shù)表示數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。
如果Payload len=127，表示，后續(xù)的8個(gè)字節(jié)代表一個(gè)64位的無(wú)符號(hào)整數(shù)，該整數(shù)表示數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。
如果Payload len占用多個(gè)字節(jié)，Payload len的二進(jìn)制表達(dá)采用Big-endian。
Masking-key 占0或32位，客戶(hù)端向服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)載荷都進(jìn)行了掩碼操作，Mask為1，且?guī)Я?字節(jié)的Masking-key。如果Mask為0，則沒(méi)有Masking-key。
注意數(shù)據(jù)載荷的長(zhǎng)度，不包括Masking-key的長(zhǎng)度。
6、掩碼的算法
Masking-key掩碼鍵是由客戶(hù)端生成的32位隨機(jī)數(shù)，掩碼操作不會(huì)影響數(shù)據(jù)載荷的長(zhǎng)度。
function unmask(buffer, mask) {
const length = buffer.length;
for (var i = 0; i < length; i++) {
buffer[i] ^= mask[i & 3];
}
}
7、實(shí)現(xiàn)websocket的握手
const crypto = require('crypto');
const net = require('net');
//計(jì)算websocket校驗(yàn)
function getSecWebSocketAccept(key) {
return crypto.createHash('sha1')
.update(key + '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11')
.digest('base64');
}
//掩碼操作
function unmask(buffer, mask) {
const length = buffer.length;
for (var i = 0; i < length; i++) {
buffer[i] ^= mask[i & 3];
}
}
//創(chuàng)建一個(gè)tcp服務(wù)器
let server = net.createServer(function (socket) {
socket.once('data', function (data) {
data = data.toString();
//查看請(qǐng)求頭中是否有升級(jí)websocket協(xié)議的頭信息
if (data.match(/Upgrade: websocket/)) {
let rows = data.split('\r\n');
//去掉第一行的請(qǐng)求行
//去掉請(qǐng)求頭的尾部?jī)蓚€(gè)空行
rows = rows.slice(1, -2);
let headers = {};
rows.forEach(function (value) {
let [k, v] = value.split(': ');
headers[k] = v;
});
//判斷websocket的版本
if (headers['Sec-WebSocket-Version'] == 13) {
let secWebSocketKey = headers['Sec-WebSocket-Key'];
//計(jì)算websocket校驗(yàn)
let secWebSocketAccept = getSecWebSocketAccept(secWebSocketKey);
//服務(wù)端響應(yīng)的內(nèi)容
let res = [
'HTTP/1.1 101 Switching Protocols',
'Upgrade: websocket',
`Sec-WebSocket-Accept: ${secWebSocketAccept}`,
'Connection: Upgrade',
'\r\n'
].join('\r\n');
//給客戶(hù)端發(fā)送響應(yīng)內(nèi)容
socket.write(res);
//注意這里不要斷開(kāi)連接，繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)'data'事件
socket.on('data', function (buffer) {
//注意buffer的最小單位是一個(gè)字節(jié)
//取第一個(gè)字節(jié)的第一位，判斷是否是結(jié)束位
let fin = (buffer[0] & 0b10000000) === 0b10000000;
//取第一個(gè)字節(jié)的后四位，得到的一個(gè)是十進(jìn)制數(shù)
let opcode = buffer[0] & 0b00001111;
//取第二個(gè)字節(jié)的第一位是否是1，判斷是否掩碼操作
let mask = buffer[1] & 0b100000000 === 0b100000000;
//載荷數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度
let payloadLength = buffer[1] & 0b01111111;
//掩碼鍵，占4個(gè)字節(jié)
let maskingKey = buffer.slice(2, 6);
//載荷數(shù)據(jù)，就是客戶(hù)端發(fā)送的實(shí)際數(shù)據(jù)
let payloadData = buffer.slice(6);
//對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理
unmask(payloadData, maskingKey);
//向客戶(hù)端響應(yīng)數(shù)據(jù)
let send = Buffer.alloc(2 + payloadData.length);
//0b10000000表示發(fā)送結(jié)束
send[0] = opcode | 0b10000000;
//載荷數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度
send[1] = payloadData.length;
payloadData.copy(send, 2);
socket.write(send);
});
}
}
});
socket.on('error', function (err) {
console.log(err);
});
socket.on('end', function () {
console.log('連接結(jié)束');
});
socket.on('close', function () {
console.log('連接關(guān)閉');
});
});
//監(jiān)聽(tīng)8888端口
server.listen(8888);
index.html的代碼：
<!doctype html>
<html lang="zh-CN">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>Document</title>
</head>
<body>
<script>
var ws = new WebSocket('ws://localhost:8888');
ws.onopen = function () {
console.log('連接成功');
ws.send('你好服務(wù)端');
};
ws.onmessage = function (ev) {
console.log('接收數(shù)據(jù)', ev.data);
};
ws.onclose = function () {
console.log('連接斷開(kāi)');
};
</script>
</body>
</html>
希望本文所述對(duì)大家node.js程序設(shè)計(jì)有所幫助。
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