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内容不断更新,目前包括协议中握手和数据帧的分析

 

1.1 背景

1.2 协议概览

协议包含两部分:握手,数据传输。

客户端的握手如下:
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

服务端的握手如下:
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo= Sec-WebSocket-Protocol: chat
客户端和服务端都发送了握手,并且成功,数据传输即可开始。
 
1.3 发起握手
发起握手是为了兼容基于HTTP的服务端程序,这样一个端口可以同时处理HTTP客户端和WebSocket客户端
因此WebSocket客户端握手是一个HTTP Upgrade请求:
GET /chat HTTP/1.1 Host: server.example.com Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ== Origin: http://example.com Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat Sec-WebSocket-Version: 13
握手中的域的顺序是任意的。
 
5 数据帧
5.1 概述
WebScoket协议中,数据以帧序列的形式传输。
考虑到数据安全性,客户端向服务器传输的数据帧必须进行掩码处理。服务器若接收到未经过掩码处理的数据帧,则必须主动关闭连接。
服务器向客户端传输的数据帧一定不能进行掩码处理。客户端若接收到经过掩码处理的数据帧,则必须主动关闭连接。
针对上情况,发现错误的一方可向对方发送close帧(状态码是1002,表示协议错误),以关闭连接。
5.2 帧协议
WebSocket数据帧结构如下图所示:
      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 ...                |
     +---------------------------------------------------------------+
 
FIN:1位
表示这是消息的最后一帧(结束帧),一个消息由一个或多个数据帧构成。若消息由一帧构成,起始帧即结束帧。
 
RSV1,RSV2,RSV3:各1位
MUST be 0 unless an extension is negotiated that defines meanings for non-zero values. If a nonzero value is received and none of the negotiated extensions defines the meaning of such a nonzero value, the receiving endpoint MUST _Fail the WebSocket Connection_.
这里我翻译不好,大致意思是如果未定义扩展,各位是0;如果定义了扩展,即为非0值。如果接收的帧此处非0,扩展中却没有该值的定义,那么关闭连接。
 
OPCODE:4位
解释PayloadData,如果接收到未知的opcode,接收端必须关闭连接。
0x0表示附加数据帧
0x1表示文本数据帧
0x2表示二进制数据帧
0x3-7暂时无定义,为以后的非控制帧保留
0x8表示连接关闭
0x9表示ping
0xA表示pong
0xB-F暂时无定义,为以后的控制帧保留
 
MASK:1位
用于标识PayloadData是否经过掩码处理。如果是1,Masking-key域的数据即是掩码密钥,用于解码PayloadData。客户端发出的数据帧需要进行掩码处理,所以此位是1。
 
Payload length:7位,7+16位,7+64位
PayloadData的长度(以字节为单位)。
如果其值在0-125,则是payload的真实长度。
如果值是126,则后面2个字节形成的16位无符号整型数的值是payload的真实长度。注意,网络字节序,需要转换。
如果值是127,则后面8个字节形成的64位无符号整型数的值是payload的真实长度。注意,网络字节序,需要转换。
长度表示遵循一个原则,用最少的字节表示长度(我理解是尽量减少不必要的传输)。举例说,payload真实长度是124,在0-125之间,必须用前7位表示;不允许长度1是126或127,然后长度2是124,这样违反原则。
Payload长度是ExtensionData长度与ApplicationData长度之和。ExtensionData长度可能是0,这种情况下,Payload长度即是ApplicationData长度。
 
 
WebSocket协议规定数据通过帧序列传输。
客户端必须对其发送到服务器的所有帧进行掩码处理。
服务器一旦收到无掩码帧,将关闭连接。服务器可能发送一个状态码是1002(表示协议错误)的Close帧。
而服务器发送客户端的数据帧不做掩码处理,一旦客户端发现经过掩码处理的帧,将关闭连接。客户端可能使用状态码1002。
 

消息分片

分片目的是发送长度未知的消息。如果不分片发送,即一帧,就需要缓存整个消息,计算其长度,构建frame并发送;使用分片的话,可使用一个大小合适的buffer,用消息内容填充buffer,填满即发送出去。

分片规则:

1.一个未分片的消息只有一帧(FIN为1,opcode非0)

2.一个分片的消息由起始帧(FIN为0,opcode非0),若干(0个或多个)帧(FIN为0,opcode为0),结束帧(FIN为1,opcode为0)。

3.控制帧可以出现在分片消息中间,但控制帧本身不允许分片。

4.分片消息必须按次序逐帧发送。

5.如果未协商扩展的情况下,两个分片消息的帧之间不允许交错。

6.能够处理存在于分片消息帧之间的控制帧

7.发送端为非控制消息构建长度任意的分片

8.client和server兼容接收分片消息与非分片消息

9.控制帧不允许分片,中间媒介不允许改变分片结构(即为控制帧分片)

10.如果使用保留位,中间媒介不知道其值表示的含义,那么中间媒介不允许改变消息的分片结构

11.如果协商扩展,中间媒介不知道,那么中间媒介不允许改变消息的分片结构,同样地,如果中间媒介不了解一个连接的握手信息,也不允许改变该连接的消息的分片结构

12.由于上述规则,一个消息的所有分片是同一数据类型(由第一个分片的opcode定义)的数据。因为控制帧不允许分片,所以一个消息的所有分片的数据类型是文本、二进制、opcode保留类型中的一种。

需要注意的是,如果控制帧不允许夹杂在一个消息的分片之间,延迟会较大,比如说当前正在传输一个较大的消息,此时的ping必须等待消息传输完成,才能发送出去,会导致较大的延迟。为了避免类似问题,需要允许控制帧夹杂在消息分片之间。

控制帧

 

 

根据官方文档整理,官方文档参考http://datatracker.ietf.org/doc/rfc6455/?include_text=1

posted on 2012-08-14 11:24 功夫Panda 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏