WebSocket详解（三）：深入WebSocket通信协议细节

摘要: WebSocket 是HTML5一种新的web通信技术，它真正实现了浏览器与服务器的全双工实时通信(full-duplex)。本文将详解介绍WebSocket的通信协议细节。

传统“长轮询”实现Web端即时通讯的问题

WebSocket出现之前，Web端为了实现即时通讯，所用的技术都是Ajax轮询(polling)。轮询是在特定的的时间间隔（如每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，里面包含的数据可能只是一个很小的值，这样会占用很多的带宽。

而比较新的技术去做轮询的效果是Comet（是一种被hack出来的基于http长连接的“服务器推”技术，看看这篇文章可以对Comet技术有个直观的了解：《开源Comet服务器iComet：支持百万并发的Web端即时通讯方案》）。但这种技术虽然可达到全双工通信，依然需要发出请求。

WebSocket 技术概览

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，改变了原有的B/S模式。

WebSocket技术应用的典型架构：



WebSocket的技术原理：



浏览器端的websocket 发起的请求一般是：

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11

// javacsript var ws = new WebSocket( "ws://127.0.0.1:4000" ); ws.onopen = function (){ console.log( "succeed" ); }; ws.onerror = function (){ console.log(“error”); }; ws.onmessage = function (e){ console.log(e); }

当 new 一个 websocket 对象之后，就会向服务器发送一个 get 请求：



这个请求是对摸个服务器的端口发送的，一般的话，会预先在服务器将一个socket 绑定到一个端口上，客户端和服务器端在这个预定的端口上通信（我这里绑定的就是 4000 端口，默认情况下，websocke 使用 80 端口）。

然后，在服务器端的socket监听到这个packet 之后就生成一个新的 socket，将发送过来的数据中的 Sec-WebSocket-Key 解析出来，然后按照把“Sec-WebSocket-Ke”加上一个魔幻字符串“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”。使用SHA-1加密，之后进行BASE-64编码，将结果做为“Sec-WebSocket-Accept”头的值，返回给客户端。

客户端收到这个之后，就会将 通信协议 upgrade 到 websocket 协议：



然后就会在这个持久的通道下进行通信，包括浏览器的询问，服务器的push，双方是在一个全双工的状态下相互通信。

WebSocket 通信协议

如上述的例子：切换后的websocket 协议中的 数据传输帧的格式(此时不再使用html协议) 官方文档给出的说明：



直接看这个，谁都会有点头大: 我花了一幅图来简单的解释这个 frame 的结构：



各字段的解释：

1 2 3 4 5 6 7

FIN1bit 表示信息的最后一帧，flag，也就是标记符 RSV 1-31bit each 以后备用的 默认都为 0 Opcode 4bit 帧类型， Mask1bit 掩码，是否加密数据，默认必须置为1 Payload len 7bit 数据的长度，当这个7 bit的数据 ==126 时，后面的2 个字节也是表示数 据长度，当它 ==127 时，后面的 8 个字节表示数据长度 Masking-key1 or 4 bit 掩码 Payload dataplayload lenbytes 数据

所以我们这里的代码，通过判断 Playload len的值，来用 substr 截取 Masking-key 和 PlayloadData。

根据掩码解析数据的方法是：

1 2 3

for ( i = 0 ; i < data.length ; i++){ orginalData +=data[i]^maskingKey[i mod 4 ]; }

在PHP中，当我们收到数据之后，按照这里的格式截取数据，并将其按照这里的方法解析后就得到了浏览器发送过来的数据。 当我们想把数据发送给浏览器时，也要按照这个格式组装frame。 这里是我的方法：

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11

function frame( $s ){ $a = str_split ( $s , 125); if ( count ( $a ) ==1){ return "\x81" . chr ( strlen ( $a [0])) . $a [0]; } $ns = "" ; foreach ( $a as $o ){ $ns .= "\x81" . chr ( strlen ( $o )) . $o ; } return $ns ; }

强行将要发送的数据分割成 125 Byte / frame，这样 playload len 只需要 7 bits。也就是直接将数据的长度的ascall码拼接上去，然后后面跟上要发送的数据。 每一个 frame 前面加的 ‘\x81’ 用二进制就是： 1000 0001 1000 ：

1 2	1 是 FIN 000 是三个备用的bit

0001 指的是 opcode 官方的解释：



可以设置 opcode的值，来告诉浏览器这个frame的数据属性。