node.js 使用 net 模塊模擬 websocket 握手進行數(shù)據(jù)傳遞操作示例

更新時間：2020年02月11日 09:45:29 作者：懷素真

這篇文章主要介紹了node.js 使用 net 模塊模擬 websocket 握手進行數(shù)據(jù)傳遞操作,結(jié)合實例形式分析了node.js基于net模塊模擬 websocket握手相關(guān)原理及進行數(shù)據(jù)傳遞具體操作技巧,需要的朋友可以參考下

本文實例講述了node.js 使用 net 模塊模擬 websocket 握手進行數(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、如何進行websocket連接。

websocket復(fù)用了http的握手通道，客戶端通過http請求與服務(wù)端進行協(xié)商，升級協(xié)議。協(xié)議升級完后，后面的數(shù)據(jù)交換則遵照websocket協(xié)議。

1、客戶端申請協(xié)議升級

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 表示要升級協(xié)議
Upgrade: websocket 表示升級到websocket協(xié)議
Sec-WebSocket-Version: 13 表示websocket的版本
Sec-WebSocket-Key 表示websocket的驗證，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

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，與客戶端的Sec-WebSocket-Key是配套的。

3、Sec-WebSocket-Accept是如何計算的

將 Sec-WebSocket-Key 的值與 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 拼接。

然后通過sha1計算，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)議升級完后，后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸就需要按websocket協(xié)議來走。

websocket客戶端與服務(wù)端通信的最小單位是幀，由1個或多個幀組成完整的消息。

客戶端：將消息切割成多個幀，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個比特位，F(xiàn)IN，PSV1，PSV2，PSV3 占1個比特位，opcode占4個比特位。

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，擴展使用，值的含義由擴展進行定義。

opcode 占4位，表示如何解析后面的數(shù)據(jù)載荷(Payload Data)。

　　%x0 表示一個延續(xù)幀，opcode為0時，表示數(shù)據(jù)傳輸采用了數(shù)據(jù)分片，當前的數(shù)據(jù)幀只是其中一個數(shù)據(jù)分片。

　　%x1 表示這是一個文本幀

　　%x2 表示這是一個二進制幀

　　%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

　　%x9 表示這是一個ping操作

　　%xA 表示這是一個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，表示是否要對數(shù)據(jù)載荷進行掩碼操作。

　　客戶端向服務(wù)端發(fā)數(shù)據(jù)，需要對數(shù)據(jù)進行掩碼操作，服務(wù)端向客戶端發(fā)數(shù)據(jù)，不需要對數(shù)據(jù)進行掩碼操作。

　　如果Mask為1，則Masking-key中會定義一個掩碼鍵，通過該掩碼鍵對數(shù)據(jù)載荷進行反掩碼?？蛻舳税l(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)載荷的長度，單位字節(jié)。

　　如果Payload len=0~125，表示，數(shù)據(jù)的長度為0~125字節(jié)。

　　如果Payload len=126，表示，后續(xù)的2個字節(jié)代表一個16位的無符號整數(shù)，該整數(shù)表示數(shù)據(jù)的長度。

　　如果Payload len=127，表示，后續(xù)的8個字節(jié)代表一個64位的無符號整數(shù)，該整數(shù)表示數(shù)據(jù)的長度。

　　如果Payload len占用多個字節(jié)，Payload len的二進制表達采用Big-endian。

Masking-key 占0或32位，客戶端向服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)載荷都進行了掩碼操作，Mask為1，且?guī)Я?字節(jié)的Masking-key。如果Mask為0，則沒有Masking-key。

注意數(shù)據(jù)載荷的長度，不包括Masking-key的長度。

6、掩碼的算法

Masking-key掩碼鍵是由客戶端生成的32位隨機數(shù)，掩碼操作不會影響數(shù)據(jù)載荷的長度。

function unmask(buffer, mask) {
  const length = buffer.length;
  for (var i = 0; i < length; i++) {
    buffer[i] ^= mask[i & 3];
  }
}

7、實現(xiàn)websocket的握手

const crypto = require('crypto');
const net = require('net');
//計算websocket校驗
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tcp服務(wù)器
let server = net.createServer(function (socket) {
  socket.once('data', function (data) {
    data = data.toString();
    //查看請求頭中是否有升級websocket協(xié)議的頭信息
    if (data.match(/Upgrade: websocket/)) {
      let rows = data.split('\r\n');
      //去掉第一行的請求行
      //去掉請求頭的尾部兩個空行
      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'];
        //計算websocket校驗
        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');
        //給客戶端發(fā)送響應(yīng)內(nèi)容
        socket.write(res);
        //注意這里不要斷開連接，繼續(xù)監(jiān)聽'data'事件
        socket.on('data', function (buffer) {
          //注意buffer的最小單位是一個字節(jié)
          //取第一個字節(jié)的第一位，判斷是否是結(jié)束位
          let fin = (buffer[0] & 0b10000000) === 0b10000000;
          //取第一個字節(jié)的后四位，得到的一個是十進制數(shù)
          let opcode = buffer[0] & 0b00001111;
          //取第二個字節(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)的長度
          let payloadLength = buffer[1] & 0b01111111;
          //掩碼鍵，占4個字節(jié)
          let maskingKey = buffer.slice(2, 6);
          //載荷數(shù)據(jù)，就是客戶端發(fā)送的實際數(shù)據(jù)
          let payloadData = buffer.slice(6);
          //對數(shù)據(jù)進行解碼處理
          unmask(payloadData, maskingKey);
          //向客戶端響應(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');
  };
</script>
</body>
</html>

希望本文所述對大家node.js程序設(shè)計有所幫助。

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