网站备案的链接,大连成品网站建设,wordpress固定链接设置后404,app store下载正版文章目录 1. WebSocket服务器介绍1.1 WebSocket 协议的特点1.2 WebSocket 与 HTTP 的区别#xff1a;1.3 WebSocket 的应用场景#xff1a; 2. WebSocket握手协议详解3. 可能出现的错误4. 握手协议编码实现5. websocket传输协议实现5.1 websocket帧格式5.2 解包客户端数据5.3… 文章目录 1. WebSocket服务器介绍1.1 WebSocket 协议的特点1.2 WebSocket 与 HTTP 的区别1.3 WebSocket 的应用场景 2. WebSocket握手协议详解3. 可能出现的错误4. 握手协议编码实现5. websocket传输协议实现5.1 websocket帧格式5.2 解包客户端数据5.3 服务端发包 学习参考 1. WebSocket服务器介绍 本文详细介绍了WebSocket协议的特点、与HTTP的区别以及应用场景然后分析了WebSocket协议的主要内容最后借助前面的底层reactor的代码实现了一个WebSocket协议的Web服务器。 完整项目代码参考:我的github项目
WebSocket 是一种在客户端通常是浏览器和服务器之间建立双向通信通道的协议允许它们通过一个持久的 TCP 连接进行实时数据交换。与传统的 HTTP 请求-响应模型不同WebSocket 提供了全双工full-duplex的通信即客户端和服务器都可以在任何时间向对方发送消息而无需等待响应。
1.1 WebSocket 协议的特点
持久连接WebSocket 建立连接后它保持打开状态客户端和服务器之间可以持续交换数据直到连接被一方主动关闭。全双工通信双向通信通道可以同时发送和接收数据。服务器可以在不依赖客户端请求的情况下推送数据。减少网络开销WebSocket 通过升级一次 HTTP 请求来建立连接之后的数据交换只通过轻量的 WebSocket 帧格式而不像 HTTP 需要额外的请求头部信息因而大大减少了网络开销。实时数据传输适合实时应用如在线聊天、股票行情、游戏、物联网数据传输等。 WebSocket协议是通过HTTP1.1协议的握手过程建立的但连接建立后两者的通信机制完全不同。 WebSocket握手头部
GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ
Sec-WebSocket-Version: 13WebSocket握手成功后升级连接
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbKxOo1.2 WebSocket 与 HTTP 的区别
双向通信 vs 单向请求响应HTTP 是单向的请求-响应模型客户端必须发起请求服务器响应。而 WebSocket 是双向的双方可以随时发送数据。持久连接HTTP 需要每次发起新的连接请求即使是 HTTP/1.1也需要保持连接而 WebSocket 在建立连接后连接是持久的直到主动关闭。协议头部大小HTTP 请求和响应头部信息较多而 WebSocket 帧的协议头部相对较少减少了数据传输的开销。
1.3 WebSocket 的应用场景 Http协议和WebSocket协议常常结合使用例如HTTP用于初始的页面加载和静态资源获取WebSocket用于需要长时间实时交互的场景。 实时聊天像 Slack、微信、Facebook Messenger 这样需要实时通信的应用。实时股票行情股票交易平台、加密货币交易所等需要不断推送最新的市场数据。多人在线游戏游戏服务器需要与每个客户端频繁、实时交换数据。实时通知系统例如社交网络中的通知或电子商务中的订单更新。IoT 设备管理物联网应用可以使用 WebSocket 实时管理和监控设备的状态。
2. WebSocket握手协议详解
主要介绍握手协议在握手阶段客户端会在请求头中发送一个sec-websocket-key
sec-websocket-key: e3bLzpFK7Li8RHh8DZL87A服务器需要拿到这个key值然后进行如下计算
将key与一个GUID连结该GUID值为258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11得到input使用SHA-1算法计算input得到input2使用base64算法计算input2得到ouput
最后在响应头中发送sec-websocket-Accpet头即可
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbKxOo之后双方可以保持连接进行实时的全双工的交互。
3. 可能出现的错误 编译时链接器显示找不到一些符号的定义 记得链接ssl库和crypto库 gcc -o xxx xxx1.c xxx2.c -lssl -lcrypto客户端发送”unknown opcode并主动关闭连接
一定是服务端发送的数据不符合协议或者Sec-WebSocket-Accept值有误。
4. 握手协议编码实现
这里只实现了建立握手协议这一环节连接建立后发送的消息都应该遵守websocket协议的格式。完整的websocket回声服务器代码可参考完整项目代码参考:我的github项目。
完整的websocket协议请参考rfc6455。
#include string.h#include fcntl.h
#include unistd.h
#include sys/epoll.h
#include sys/stat.h
#include sys/types.h
#include openssl/sha.h
#include openssl/bio.h
#include openssl/evp.h
#include openssl/buffer.h#include webserver.h
#include websocket.h#define DEBUG#define WEBSOCKET_KEY_LENGTH 256// 负责按照rfc6455的规定输出Sec-WebSocket-Accept的值
static int encode_key(unsigned char *key, size_t n, unsigned char *output)
{unsigned char hash[SHA_DIGEST_LENGTH];SHA1(key, n, hash);BIO *bmem, *b64;BUF_MEM *bptr;b64 BIO_new(BIO_f_base64());bmem BIO_new(BIO_s_mem());b64 BIO_push(b64, bmem);BIO_write(b64, hash, SHA_DIGEST_LENGTH);BIO_flush(b64);BIO_get_mem_ptr(b64, bptr);memcpy(output, bptr-data, bptr-length);// 这里切记是bptr-length字符数组的长度output[bptr-length - 1] 0;BIO_free_all(b64);return 0;
}int handshake(struct Conn *conn)
{// handshakeunsigned char output[WEBSOCKET_KEY_LENGTH] {0};unsigned char input[WEBSOCKET_KEY_LENGTH] {0};char *key strstr(conn-rbuffer, Sec-WebSocket-Key:);if (!key){conn-wlength 0;return 1;}key 19;int i 0;while (*key ! 0 *key ! *key ! \r){input[i] *key;}strcpy((char *)input[i], 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11);encode_key(input, strlen((char *)input), output);struct stat filestat {0};int sended snprintf(conn-wbuffer, BUFFER_LENGTH,HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\nUpgrade: websocket\r\nConnection: Upgrade\r\nSec-WebSocket-Accept: %s\r\n\r\n, (char *)output);printf(%s|||\n, output);conn-wlength sended;return 0;
}int ws_request(struct Conn *conn)
{printf(input\n %s\n, conn-rbuffer);if (conn-status 0){handshake(conn);conn-status 1;}else if (conn-status 1){int ret 0;conn-payload decode_packet((unsigned char *)conn-rbuffer, conn-mask, conn-rlength, ret);printf(data: %s, length: %d\n, conn-payload, ret);conn-wlength ret;conn-status 2;}return 0;
}int ws_response(struct Conn *conn)
{if (conn-status 2){conn-wlength encode_packet(conn-wbuffer, conn-mask, conn-payload, conn-wlength);conn-status 1;}conn-wbuffer[conn-wlength] 0;printf(output\n%s\n, conn-wbuffer);return 0;
}5. websocket传输协议实现
5.1 websocket帧格式 0 1 2 30 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 len126/127) || |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 ... |---------------------------------------------------------------rfc6455 5.2介绍了各个域的作用对应的如果要实现该协议就要定义相关的结构体
struct _nty_ophdr {unsigned char opcode:4,rsv3:1,rsv2:1,rsv1:1,fin:1;unsigned char payload_length:7,mask:1;} __attribute__ ((packed));struct _nty_websocket_head_126 {unsigned short payload_length;char mask_key[4];unsigned char data[8];
} __attribute__ ((packed));struct _nty_websocket_head_127 {unsigned long long payload_length;char mask_key[4];unsigned char data[8];} __attribute__ ((packed));typedef struct _nty_websocket_head_127 nty_websocket_head_127;
typedef struct _nty_websocket_head_126 nty_websocket_head_126;
typedef struct _nty_ophdr nty_ophdr;__attribute__ ((packed)) 是 GNU C 编译器GCC的一个扩展用于告诉编译器不对结构体的成员进行内存对齐。通常编译器为了提高访问效率会按照特定的字节对齐规则来放置结构体成员。使用 packed 属性后编译器不会对齐字段而是按照定义的顺序紧凑地存储它们节省内存空间。 5.2 解包客户端数据
rfc6455 5.3规定了客户端向服务端发送的数据必须经过掩码加密其原理是用8位的mask-key对原数据一次逐字节进行异或操作这样加密和解密的过程是完全一样的。
在协议帧中masking-key有4字节协议规定对payload[i]对应的maskkey为masking-key[i mod 4]这样就可以写出其加解密算法了
void demask(char *data,int len,char *mask){ int i; for (i 0;i len;i ) *(datai) ^ *(mask(i%4));
}这样对于服务端的解包操作就是解密payload拿到原数据。
char* decode_packet(unsigned char *stream, char *mask, int length, int *ret) {nty_ophdr *hdr (nty_ophdr*)stream;unsigned char *data stream sizeof(nty_ophdr);int size 0;int start 0;//char mask[4] {0};int i 0;if ((hdr-payload_length 0x7F) 126) {nty_websocket_head_126 *hdr126 (nty_websocket_head_126*)data;size hdr126-payload_length;for (i 0;i 4;i ) {mask[i] hdr126-mask_key[i];}start 8;} else if ((hdr-payload_length 0x7F) 127) {nty_websocket_head_127 *hdr127 (nty_websocket_head_127*)data;size hdr127-payload_length;for (i 0;i 4;i ) {mask[i] hdr127-mask_key[i];}start 14;} else {size hdr-payload_length;memcpy(mask, data, 4);start 6;}*ret size;demask(streamstart, size, mask);return stream start;
}5.3 服务端发包
对于服务端的发包操作只需要填充相应的协议字段即可不需要掩码加密。
int encode_packet(char *buffer,char *mask, char *stream, int length) {nty_ophdr head {0};head.fin 1;head.opcode 1;int size 0;if (length 126) {head.payload_length length;memcpy(buffer, head, sizeof(nty_ophdr));size 2;} else if (length 0xffff) {nty_websocket_head_126 hdr {0};hdr.payload_length length;memcpy(hdr.mask_key, mask, 4);memcpy(buffer, head, sizeof(nty_ophdr));memcpy(buffersizeof(nty_ophdr), hdr, sizeof(nty_websocket_head_126));size sizeof(nty_websocket_head_126);} else {nty_websocket_head_127 hdr {0};hdr.payload_length length;memcpy(hdr.mask_key, mask, 4);memcpy(buffer, head, sizeof(nty_ophdr));memcpy(buffersizeof(nty_ophdr), hdr, sizeof(nty_websocket_head_127));size sizeof(nty_websocket_head_127);}memcpy(buffer2, stream, length);return length 2;
}学习参考
学习更多相关知识请参考零声 github。
