Linux下用C编写WebSocet服务以响应HTML5的WebSocket请求

http://www.it165.net/os/html/201402/7141.html

http://itlab.idcquan.com/linux/administer/956682.html

在HTML5中新增了WebSocket，使得通讯变得更加方便。这样一来，Web与硬件的交互除了CGI和XHR的方式外，又有了一个新的方式。那么使用WebSocket又如何与下层通信呢?看看WebSocket的相关介绍就会发现，其类似于HTTP协议的通信，但又不同于HTTP协议通信，其最终使用的是TCP通信。具体的可以参照该文WebScoket 规范 + WebSocket 协议。

　　我们先来看看通信的效果图

　　下面是实现的步骤

　　1.建立SOCKET监听

　　WebSocket也是TCP通信，所以服务端需要先建立监听，下面是实现的代码。

　　/* server.c */

　　#include

　　#include "base64.h"

　　#include "sha1.h"

　　#include "intLib.h"

　　#define REQUEST_LEN_MAX 1024

　　#define DEFEULT_SERVER_PORT 8000

　　#define WEB_SOCKET_KEY_LEN_MAX 256

　　#define RESPONSE_HEADER_LEN_MAX 1024

　　#define LINE_MAX 256

　　void shakeHand(int connfd,const char *serverKey);

　　char * fetchSecKey(const char * buf);

　　char * computeAcceptKey(const char * buf);

　　char * analyData(const char * buf,const int bufLen);

　　char * packData(const char * message,unsigned long * len);

　　void response(const int connfd,const char * message);

　　int main(int argc, char *argv[])

　　{

　　struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;

　　socklen_t cliaddr_len;

　　int listenfd, connfd;

　　char buf[REQUEST_LEN_MAX];

　　char *data;

　　char str[INET_ADDRSTRLEN];

　　char *secWebSocketKey;

　　int i,n;

　　int connected=0;//0:not connect.1:connected.

　　int port= DEFEULT_SERVER_PORT;

　　if(argc>1)

　　{

　　port=atoi(argv[1]);

　　}

if(port<=0||port>0xFFFF)

　　{

　　printf("Port(%d) is out of range(1-%d)\n",port,0xFFFF);

　　return;

　　}

　　listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

　　bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

　　servaddr.sin_family = AF_INET;

　　servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

　　servaddr.sin_port = htons(port);

　　bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

　　listen(listenfd, 20);

　　printf("Listen %d\nAccepting connections ...\n",port);

　　cliaddr_len = sizeof(cliaddr);

　　connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);

　　printf("From %s at PORT %d\n",

　　inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),

　　ntohs(cliaddr.sin_port));

　　while (1)

　　{

　　memset(buf,0,REQUEST_LEN_MAX);

　　n = read(connfd, buf, REQUEST_LEN_MAX);

　　printf("---------------------\n");

　　if(0==connected)

　　{

　　printf("read:%d\n%s\n",n,buf);

　　secWebSocketKey=computeAcceptKey(buf);

　　shakeHand(connfd,secWebSocketKey);

　　connected=1;

　　continue;

　　}

　　data=analyData(buf,n);

　　response(connfd,data);

　　}

　　close(connfd);

　　}

　　2.握手

　　在建立监听后，网页向服务端发现WebSocket请求，这时需要先进行握手。握手时，客户端会在协议中包含一个握手的唯一Key，服务端在拿到这个Key后，需要加入一个GUID，然后进行sha1的加密，再转换成base64，最后再发回到客户端。这样就完成了一次握手。此种握手方式是针对 chrome websocket 13的版本，其他版本的可能会有所不同。下面是实现的代码。

　　char * fetchSecKey(const char * buf)

　　{

　　char *key;

　　char *keyBegin;

　　char *flag="Sec-WebSocket-Key: ";

　　int i=0, bufLen=0;

　　key=(char *)malloc(WEB_SOCKET_KEY_LEN_MAX);

　　memset(key,0, WEB_SOCKET_KEY_LEN_MAX);

　　if(!buf)

　　{

　　return NULL;

　　}

　　keyBegin=strstr(buf,flag);

　　if(!keyBegin)

　　{

　　return NULL;

　　}

　　keyBegin+=strlen(flag);

　　bufLen=strlen(buf);

　　for(i=0;i

　　{

　　if(keyBegin[i]==0x0A||keyBegin[i]==0x0D)

　　{

　　break;

　　}

　　key[i]=keyBegin[i];

　　}

　　return key;

　　}

　　char * computeAcceptKey(const char * buf)

　　{

　　char * clientKey;

　　char * serverKey;

　　char * sha1DataTemp;

　　char * sha1Data;

　　short temp;

　　int i,n;

　　const char * GUID="258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11";

　　if(!buf)

　　{

return NULL;

　　}

　　clientKey=(char *)malloc(LINE_MAX);

　　memset(clientKey,0,LINE_MAX);

　　clientKey=fetchSecKey(buf);

　　if(!clientKey)

　　{

　　return NULL;

　　}

　　strcat(clientKey,GUID);

　　sha1DataTemp=sha1_hash(clientKey);

　　n=strlen(sha1DataTemp);

　　sha1Data=(char *)malloc(n/2+1);

　　memset(sha1Data,0,n/2+1);

　　for(i=0;i

　　{

　　sha1Data[i/2]=htoi(sha1DataTemp,i,2);

　　}

　　serverKey = base64_encode(sha1Data, strlen(sha1Data));

　　return serverKey;

　　}

　　void shakeHand(int connfd,const char *serverKey)

　　{

　　char responseHeader [RESPONSE_HEADER_LEN_MAX];

　　if(!connfd)

　　{

　　return;

　　}

　　if(!serverKey)

　　{

　　return;

　　}

　　memset(responseHeader,'\0',RESPONSE_HEADER_LEN_MAX);

　　sprintf(responseHeader, "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n");

　　sprintf(responseHeader, "%sUpgrade: websocket\r\n", responseHeader);

　　sprintf(responseHeader, "%sConnection: Upgrade\r\n", responseHeader);

　　sprintf(responseHeader, "%sSec-WebSocket-Accept: %s\r\n\r\n", responseHeader, serverKey);

　　printf("Response Header:%s\n",responseHeader);

　　write(connfd,responseHeader,strlen(responseHeader));

　　}

　　注意：

　　1.Connection后面的值与HTTP通信时的不一样了，是Upgrade，而Upgrade又对应到了websocket，这样就标识了该通信协议是websocket的方式。

　　2.在sha1加密后进行base64编码时，使用sha1加密后的串必须将其当成16进制的字符串，将每两个字符合成一个新的码 (0-0xFF间)来进一步计算后，才可以进行base64换算(我开始时就在这里折腾了很久，后面才弄明白还要加上这一步)，如果是直接就 base64，那就会握手失败。

　　3.对于sha1和base64网上有很多，后面也附上我所使用的代码。

　　3.数据传输

　　握手成功后就可以进行数据传输了，只要按照WebSocket的协议来解就可以了。下面是实现的代码

　　char * analyData(const char * buf,const int bufLen)

　　{

　　char * data;

　　char fin, maskFlag,masks[4];

　　char * payloadData;

　　char temp[8];

　　unsigned long n, payloadLen=0;

　　unsigned short usLen=0;

　　int i=0;

if (bufLen < 2)

　　{

　　return NULL;

　　}

　　fin = (buf[0] & 0x80) == 0x80; // 1bit，1表示最后一帧

　　if (!fin)

　　{

　　return NULL;// 超过一帧暂不处理

　　}

　　maskFlag = (buf[1] & 0x80) == 0x80; // 是否包含掩码

　　if (!maskFlag)

　　{

　　return NULL;// 不包含掩码的暂不处理

　　}

　　payloadLen = buf[1] & 0x7F; // 数据长度

　　if (payloadLen == 126)

　　{

　　memcpy(masks,buf+4, 4);

payloadLen =(buf[2]&0xFF) << 8 | (buf[3]&0xFF);

　　payloadData=(char *)malloc(payloadLen);

　　memset(payloadData,0,payloadLen);

　　memcpy(payloadData,buf+8,payloadLen);

　　}

　　else if (payloadLen == 127)

　　{

　　memcpy(masks,buf+10,4);

for ( i = 0; i < 8; i++)

　　{

　　temp[i] = buf[9 - i];

　　}

　　memcpy(&n,temp,8);

　　payloadData=(char *)malloc(n);

　　memset(payloadData,0,n);

　　memcpy(payloadData,buf+14,n);//toggle error(core dumped) if data is too long.

　　payloadLen=n;

　　}

　　else

　　{

　　memcpy(masks,buf+2,4);

　　payloadData=(char *)malloc(payloadLen);

　　memset(payloadData,0,payloadLen);

　　memcpy(payloadData,buf+6,payloadLen);

　　}

for (i = 0; i < payloadLen; i++)

　　{

　　payloadData[i] = (char)(payloadData[i] ^ masks[i % 4]);

　　}

　　printf("data(%d):%s\n",payloadLen,payloadData);

　　return payloadData;

　　}

　　char * packData(const char * message,unsigned long * len)

　　{

　　char * data=NULL;

　　unsigned long n;

　　n=strlen(message);

if (n < 126)

　　{

　　data=(char *)malloc(n+2);

　　memset(data,0,n+2);

　　data[0] = 0x81;

　　data[1] = n;

　　memcpy(data+2,message,n);

　　*len=n+2;

　　}

else if (n < 0xFFFF)

　　{

　　data=(char *)malloc(n+4);

　　memset(data,0,n+4);

　　data[0] = 0x81;

　　data[1] = 126;

　　data[2] = (n>>8 & 0xFF);

　　data[3] = (n & 0xFF);

　　memcpy(data+4,message,n);

　　*len=n+4;

　　}

　　else

　　{

　　// 暂不处理超长内容

　　*len=0;

　　}

　　return data;

　　}

　　void response(int connfd,const char * message)

　　{

　　char * data;

　　unsigned long n=0;

　　int i;

　　if(!connfd)

　　{

　　return;

　　}

　　if(!data)

　　{

　　return;

　　}

　　data=packData(message,&n);

if(!data||n<=0)

　　{

　　printf("data is empty!\n");

　　return;

　　}

　　write(connfd,data,n);

　　}

注意：

　　1.对于超过0xFFFF长度的数据在分析数据部分虽然作了处理，但是在memcpy时会报core dumped的错误，没有解决，请过路的大牛帮忙指点。在packData部分也未对这一部分作处理。

　　2.在这里碰到了一个郁闷的问题，在命名函数时，将函数名写的过长了(fetchSecWebSocketAcceptkey)，结果导致编译通过，但在运行时却莫名其妙的报core dumped的错误，试了很多方法才发现是这个原因，后将名字改短后就OK了。

　　3.在回复数据时，只要按websocket的协议进行回应就可以了。

　　附上sha1、base64和intLib的代码(sha1和base64是从网上摘来的)

　　sha1.h

　　//sha1.h：对字符串进行sha1加密

　　#ifndef _SHA1_H_

　　#define _SHA1_H_

　　#include

　　typedef struct SHA1Context{

　　unsigned Message_Digest[5];

　　unsigned Length_Low;

　　unsigned Length_High;

　　unsigned char Message_Block[64];

　　int Message_Block_Index;

　　int Computed;

　　int Corrupted;

　　} SHA1Context;

　　void SHA1Reset(SHA1Context *);

　　int SHA1Result(SHA1Context *);

　　void SHA1Input( SHA1Context *,const char *,unsigned);

　　#endif

#define SHA1CircularShift(bits,word) ((((word) << (bits)) & 0xFFFFFFFF) | ((word) >> (32-(bits))))

　　void SHA1ProcessMessageBlock(SHA1Context *);

　　void SHA1PadMessage(SHA1Context *);

　　void SHA1Reset(SHA1Context *context){// 初始化动作

　　context->Length_Low = 0;

　　context->Length_High = 0;

　　context->Message_Block_Index = 0;

　　context->Message_Digest[0] = 0x67452301;

　　context->Message_Digest[1] = 0xEFCDAB89;

　　context->Message_Digest[2] = 0x98BADCFE;

　　context->Message_Digest[3] = 0x10325476;

　　context->Message_Digest[4] = 0xC3D2E1F0;

　　context->Computed = 0;

　　context->Corrupted = 0;

　　}

　　int SHA1Result(SHA1Context *context){// 成功返回1，失败返回0

　　if (context->Corrupted) {

　　return 0;

　　}

　　if (!context->Computed) {

　　SHA1PadMessage(context);

　　context->Computed = 1;

　　}

　　return 1;

　　}

　　void SHA1Input(SHA1Context *context,const char *message_array,unsigned length){

　　if (!length) return;

　　if (context->Computed || context->Corrupted){

　　context->Corrupted = 1;

　　return;

　　}

　　while(length-- && !context->Corrupted){

　　context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = (*message_array & 0xFF);

　　context->Length_Low += 8;

　　context->Length_Low &= 0xFFFFFFFF;

　　if (context->Length_Low == 0){

　　context->Length_High++;

　　context->Length_High &= 0xFFFFFFFF;

　　if (context->Length_High == 0) context->Corrupted = 1;

　　}

　　if (context->Message_Block_Index == 64){

　　SHA1ProcessMessageBlock(context);

　　}

　　message_array++;

　　}

　　void SHA1ProcessMessageBlock(SHA1Context *context){

　　const unsigned K[] = {0x5A827999, 0x6ED9EBA1, 0x8F1BBCDC, 0xCA62C1D6 };

　　int t;

　　unsigned temp;

　　unsigned W[80];

　　unsigned A, B, C, D, E;

for(t = 0; t < 16; t++) {

W[t] = ((unsigned) context->Message_Block[t * 4]) << 24;

W[t] |= ((unsigned) context->Message_Block[t * 4 + 1]) << 16;

W[t] |= ((unsigned) context->Message_Block[t * 4 + 2]) << 8;

　　W[t] |= ((unsigned) context->Message_Block[t * 4 + 3]);

　　}

for(t = 16; t < 80; t++) W[t] = SHA1CircularShift(1,W[t-3] ^ W[t-8] ^ W[t-14] ^ W[t-16]);

　　A = context->Message_Digest[0];

　　B = context->Message_Digest[1];

　　C = context->Message_Digest[2];

　　D = context->Message_Digest[3];

　　E = context->Message_Digest[4];

for(t = 0; t < 20; t++) {

　　temp = SHA1CircularShift(5,A) + ((B & C) | ((~B) & D)) + E + W[t] + K[0];

　　temp &= 0xFFFFFFFF;

　　E = D;

　　D = C;

　　C = SHA1CircularShift(30,B);

　　B = A;

　　A = temp;

　　}

for(t = 20; t < 40; t++) {

　　temp = SHA1CircularShift(5,A) + (B ^ C ^ D) + E + W[t] + K[1];

　　temp &= 0xFFFFFFFF;

　　E = D;

　　D = C;

　　C = SHA1CircularShift(30,B);

　　B = A;

　　A = temp;

　　}

for(t = 40; t < 60; t++) {

　　temp = SHA1CircularShift(5,A) + ((B & C) | (B & D) | (C & D)) + E + W[t] + K[2];

　　temp &= 0xFFFFFFFF;

　　E = D;

　　D = C;

　　C = SHA1CircularShift(30,B);

　　B = A;

　　A = temp;

　　}

for(t = 60; t < 80; t++) {

　　temp = SHA1CircularShift(5,A) + (B ^ C ^ D) + E + W[t] + K[3];

　　temp &= 0xFFFFFFFF;

　　E = D;

　　D = C;

　　C = SHA1CircularShift(30,B);

　　B = A;

　　A = temp;

　　}

　　context->Message_Digest[0] = (context->Message_Digest[0] + A) & 0xFFFFFFFF;

　　context->Message_Digest[1] = (context->Message_Digest[1] + B) & 0xFFFFFFFF;

　　context->Message_Digest[2] = (context->Message_Digest[2] + C) & 0xFFFFFFFF;

　　context->Message_Digest[3] = (context->Message_Digest[3] + D) & 0xFFFFFFFF;

　　context->Message_Digest[4] = (context->Message_Digest[4] + E) & 0xFFFFFFFF;

　　context->Message_Block_Index = 0;

　　}

　　void SHA1PadMessage(SHA1Context *context){

　　if (context->Message_Block_Index > 55) {

　　context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = 0x80;

while(context->Message_Block_Index < 64) context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = 0;

　　SHA1ProcessMessageBlock(context);

while(context->Message_Block_Index < 56) context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = 0;

　　} else {

　　context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = 0x80;

while(context->Message_Block_Index < 56) context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = 0;

　　}

　　context->Message_Block[56] = (context->Length_High >> 24 ) & 0xFF;

　　context->Message_Block[57] = (context->Length_High >> 16 ) & 0xFF;

　　context->Message_Block[58] = (context->Length_High >> 8 ) & 0xFF;

　　context->Message_Block[59] = (context->Length_High) & 0xFF;

　　context->Message_Block[60] = (context->Length_Low >> 24 ) & 0xFF;

　　context->Message_Block[61] = (context->Length_Low >> 16 ) & 0xFF;

　　context->Message_Block[62] = (context->Length_Low >> 8 ) & 0xFF;

　　context->Message_Block[63] = (context->Length_Low) & 0xFF;

　　SHA1ProcessMessageBlock(context);

　　}

　　int sha1_hash(const char *source, char *lrvar){// Main

　　SHA1Context sha;

　　char buf[128];

　　SHA1Reset(&sha);

　　SHA1Input(&sha, source, strlen(source));

　　if (!SHA1Result(&sha)){

　　printf("SHA1 ERROR: Could not compute message digest");

　　return -1;

　　} else {

　　memset(buf,0,sizeof(buf));

　　sprintf(buf, "%08X%08X%08X%08X%08X", sha.Message_Digest[0],sha.Message_Digest[1],

　　sha.Message_Digest[2],sha.Message_Digest[3],sha.Message_Digest[4]);

　　//lr_save_string(buf, lrvar);

　　return strlen(buf);

　　}

　　char * sha1_hash(const char *source){// Main

　　SHA1Context sha;

　　char *buf;//[128];

　　SHA1Reset(&sha);

　　SHA1Input(&sha, source, strlen(source));

　　if (!SHA1Result(&sha)){

　　printf("SHA1 ERROR: Could not compute message digest");

　　return NULL;

　　} else {

　　buf=(char *)malloc(128);

　　memset(buf,0,sizeof(buf));

　　sprintf(buf, "%08X%08X%08X%08X%08X", sha.Message_Digest[0],sha.Message_Digest[1],

　　sha.Message_Digest[2],sha.Message_Digest[3],sha.Message_Digest[4]);

　　//lr_save_string(buf, lrvar);

　　//return strlen(buf);

　　return buf;

　　}

　　base64.h

　　#ifndef _BASE64_H_

　　#define _BASE64_H_

　　#include

const char base[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/=";

　　char* base64_encode(const char* data, int data_len);

　　char *base64_decode(const char* data, int data_len);

　　static char find_pos(char ch);

　　/* */

　　char *base64_encode(const char* data, int data_len)

　　{

　　//int data_len = strlen(data);

　　int prepare = 0;

　　int ret_len;

　　int temp = 0;

　　char *ret = NULL;

　　char *f = NULL;

　　int tmp = 0;

　　char changed[4];

　　int i = 0;

　　ret_len = data_len / 3;

　　temp = data_len % 3;

　　if (temp > 0)

　　{

　　ret_len += 1;

　　}

　　ret_len = ret_len*4 + 1;

　　ret = (char *)malloc(ret_len);

　　if ( ret == NULL)

　　{

　　printf("No enough memory.\n");

　　exit(0);

　　}

　　memset(ret, 0, ret_len);

　　f = ret;

while (tmp < data_len)

　　{

　　temp = 0;

　　prepare = 0;

　　memset(changed, '\0', 4);

while (temp < 3)

　　{

　　//printf("tmp = %d\n", tmp);

　　if (tmp >= data_len)

　　{

　　break;

　　}

prepare = ((prepare << 8) | (data[tmp] & 0xFF));

　　tmp++;

　　temp++;

　　}

prepare = (prepare<<((3-temp)*8));

　　//printf("before for : temp = %d, prepare = %d\n", temp, prepare);

for (i = 0; i < 4 ;i++ )

　　{

if (temp < i)

　　{

　　changed[i] = 0x40;

　　}

　　else

　　{

　　changed[i] = (prepare>>((3-i)*6)) & 0x3F;

　　}

　　*f = base[changed[i]];

　　//printf("%.2X", changed[i]);

　　f++;

　　}

　　*f = '\0';

　　return ret;

　　}

　　/* */

　　static char find_pos(char ch)

　　{

　　char *ptr = (char*)strrchr(base, ch);//the last position (the only) in base[]

　　return (ptr - base);

　　}

　　/* */

　　char *base64_decode(const char *data, int data_len)

　　{

　　int ret_len = (data_len / 4) * 3;

　　int equal_count = 0;

　　char *ret = NULL;

　　char *f = NULL;

　　int tmp = 0;

　　int temp = 0;

　　char need[3];

　　int prepare = 0;

　　int i = 0;

　　if (*(data + data_len - 1) == '=')

　　{

　　equal_count += 1;

　　}

　　if (*(data + data_len - 2) == '=')

　　{

　　equal_count += 1;

　　}

　　if (*(data + data_len - 3) == '=')

　　{//seems impossible

　　equal_count += 1;

　　}

　　switch (equal_count)

　　{

　　case 0:

　　ret_len += 4;//3 + 1 [1 for NULL]

　　break;

　　case 1:

　　ret_len += 4;//Ceil((6*3)/8)+1

　　break;

　　case 2:

　　ret_len += 3;//Ceil((6*2)/8)+1

　　break;

　　case 3:

　　ret_len += 2;//Ceil((6*1)/8)+1

　　break;

　　}

　　ret = (char *)malloc(ret_len);

　　if (ret == NULL)

　　{

　　printf("No enough memory.\n");

　　exit(0);

　　}

　　memset(ret, 0, ret_len);

　　f = ret;

while (tmp < (data_len - equal_count))

　　{

　　temp = 0;

　　prepare = 0;

　　memset(need, 0, 4);

while (temp < 4)

　　{

　　if (tmp >= (data_len - equal_count))

　　{

　　break;

　　}

prepare = (prepare << 6) | (find_pos(data[tmp]));

　　temp++;

　　tmp++;

　　}

prepare = prepare << ((4-temp) * 6);

for (i=0; i<3 ;i++ )

　　{

　　if (i == temp)

　　{

　　break;

　　}

　　*f = (char)((prepare>>((2-i)*8)) & 0xFF);

　　f++;

　　}

　　*f = '\0';

　　return ret;

　　}

　　#endif

　　intLib.h

　　#ifndef _INT_LIB_H_

　　#define _INT_LIB_H_

　　int tolower(int c)

　　{

if (c >= 'A' && c <= 'Z')

　　{

　　return c + 'a' - 'A';

　　}

　　else

　　{

　　return c;

　　}

　　int htoi(const char s[],int start,int len)

　　{

　　int i,j;

　　int n = 0;

　　if (s[0] == '0' && (s[1]=='x' || s[1]=='X')) //判断是否有前导0x或者0X

　　{

　　i = 2;

　　}

　　else

　　{

　　i = 0;

　　}

　　i+=start;

　　j=0;

for (; (s[i] >= '0' && s[i] <= '9')

|| (s[i] >= 'a' && s[i] <= 'f') || (s[i] >='A' && s[i] <= 'F');++i)

　　{

　　if(j>=len)

　　{

　　break;

　　}

　　if (tolower(s[i]) > '9')

　　{

　　n = 16 * n + (10 + tolower(s[i]) - 'a');

　　}

　　else

　　{

　　n = 16 * n + (tolower(s[i]) - '0');

　　}

　　j++;

　　}

　　return n;

　　}

　　#endif

在HTML5中新增了WebSocket，使得通讯变得更加方便。这样一来，Web与硬件的交互除了CGI和XHR的方式外，又有了一个新的方式。那么使用WebSocket又如何与下层通信呢？看看WebSocket的相关介绍就会发现，其类似于HTTP协议的通信，但又不同于HTTP协议通信，其最终使用的是TCP通信。具体的可以参照该文WebScoket 规范 + WebSocket 协议。

我们先来看看通信的效果图

下面是实现的步骤

1.建立SOCKET监听

WebSocket也是TCP通信，所以服务端需要先建立监听，下面是实现的代码。

view source print ?

01./* server.c */

02.#include <stdio.h>

03.#include <stdlib.h>

04.#include <string.h>

05.#include <unistd.h>

06.#include <sys socket.h="">

07.#include <netinet in.h="">

08.

09.#include "base64.h"

10.#include "sha1.h"

11.#include "intLib.h"

12.

13.

14.#define REQUEST_LEN_MAX 1024

15.#define DEFEULT_SERVER_PORT 8000

16.#define WEB_SOCKET_KEY_LEN_MAX 256

17.#define RESPONSE_HEADER_LEN_MAX 1024

18.#define LINE_MAX 256

19.

20.

21.void shakeHand(int connfd,const char *serverKey);

22.char * fetchSecKey(const char * buf);

23.char * computeAcceptKey(const char * buf);

24.char * analyData(const char * buf,const int bufLen);

25.char * packData(const char * message,unsigned long * len);

26.void response(const int connfd,const char * message);

27.

28.int main(int argc, char *argv[])

29.{

30.struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;

31.socklen_t cliaddr_len;

32.int listenfd, connfd;

33.char buf[REQUEST_LEN_MAX];

34.char *data;

35.char str[INET_ADDRSTRLEN];

36.char *secWebSocketKey;

37.int i,n;

38.int connected=0;//0:not connect.1:connected.

39.int port= DEFEULT_SERVER_PORT;

40.

41.if(argc>1)

42.{

43.port=atoi(argv[1]);

44.}

45.if(port<=0||port>0xFFFF)

46.{

47.printf("Port(%d) is out of range(1-%d)

48.",port,0xFFFF);

49.return;

50.}

51.listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

52.

53.bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

54.servaddr.sin_family = AF_INET;

55.servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

56.servaddr.sin_port = htons(port);

57.

58.bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

59.

60.listen(listenfd, 20);

61.

62.printf("Listen %d

63.Accepting connections ...

64.",port);

65.cliaddr_len = sizeof(cliaddr);

66.connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);

67.printf("From %s at PORT %d

68.",

69.inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),

70.ntohs(cliaddr.sin_port));

71.

72.while (1)

73.{

74.

75.memset(buf,0,REQUEST_LEN_MAX);

76.n = read(connfd, buf, REQUEST_LEN_MAX);

77.printf("---------------------

78.");

79.

80.

81.if(0==connected)

82.{

83.printf("read:%d

84.%s

85.",n,buf);

86.secWebSocketKey=computeAcceptKey(buf);

87.shakeHand(connfd,secWebSocketKey);

88.connected=1;

89.continue;

90.}

91.

92.data=analyData(buf,n);

93.response(connfd,data);

94.}

95.close(connfd);

96.}</netinet></sys></unistd.h></string.h></stdlib.h></stdio.h>

2.握手

在建立监听后，网页向服务端发现WebSocket请求，这时需要先进行握手。握手时，客户端会在协议中包含一个握手的唯一Key，服务端在拿到这个Key后，需要加入一个GUID，然后进行sha1的加密，再转换成base64，最后再发回到客户端。这样就完成了一次握手。此种握手方式是针对 chrome websocket 13的版本，其他版本的可能会有所不同。下面是实现的代码。

view source print ?

001.char * fetchSecKey(const char * buf)

002.{

003.char *key;

004.char *keyBegin;

005.char *flag="Sec-WebSocket-Key: ";

006.int i=0, bufLen=0;

007.

008.key=(char *)malloc(WEB_SOCKET_KEY_LEN_MAX);

009.memset(key,0, WEB_SOCKET_KEY_LEN_MAX);

010.if(!buf)

011.{

012.return NULL;

013.}

014.

015.keyBegin=strstr(buf,flag);

016.if(!keyBegin)

017.{

018.return NULL;

019.}

020.keyBegin+=strlen(flag);

021.

022.bufLen=strlen(buf);

023.for(i=0;i<buflen;i++) 1.1="" 101="" char="" clientkey="(char" const="" guid="258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11" http="" i="" int="" n="" pre="" protocols="" response="" responseheader="" return="" s="" sconnection:="" serverkey="base64_encode(sha1Data," sha1data="(char" sha1datatemp="sha1_hash(clientKey);" short="" ssec-websocket-accept:="" supgrade:="" switching="" upgrade="" void="" websocket="">

024.

025.

026.注意： 1.Connection后面的值与HTTP通信时的不一样了，是Upgrade，而Upgrade又对应到了websocket，这样就标识了该通信协议是websocket的方式。2.在sha1加密后进行base64编码时，使用sha1加密后的串必须将其当成16进制的字符串，将每两个字符合成一个新的码(0-0xFF间)来进一步计算后，才可以进行base64换算(我开始时就在这里折腾了很久，后面才弄明白还要加上这一步)，如果是直接就base64，那就会握手失败。3.对于sha1和base64网上有很多，后面也附上我所使用的代码。<h3>3.数据传输</h3>握手成功后就可以进行数据传输了，只要按照WebSocket的协议来解就可以了。下面是实现的代码 <pre class="brush:java;">char * analyData(const char * buf,const int bufLen)

027.{

028.char * data;

029.char fin, maskFlag,masks[4];

030.char * payloadData;

031.char temp[8];

032.unsigned long n, payloadLen=0;

033.unsigned short usLen=0;

034.int i=0;

035.

036.

037.if (bufLen < 2)

038.{

039.return NULL;

040.}

041.

042.fin = (buf[0] & 0x80) == 0x80; // 1bit，1表示最后一帧

043.if (!fin)

044.{

045.return NULL;// 超过一帧暂不处理

046.}

047.

048.maskFlag = (buf[1] & 0x80) == 0x80; // 是否包含掩码

049.if (!maskFlag)

050.{

051.return NULL;// 不包含掩码的暂不处理

052.}

053.

054.payloadLen = buf[1] & 0x7F; // 数据长度

055.if (payloadLen == 126)

056.{

057.memcpy(masks,buf+4, 4);

058.payloadLen =(buf[2]&0xFF) << 8 | (buf[3]&0xFF);

059.payloadData=(char *)malloc(payloadLen);

060.memset(payloadData,0,payloadLen);

061.memcpy(payloadData,buf+8,payloadLen);

062.}

063.else if (payloadLen == 127)

064.{

065.memcpy(masks,buf+10,4);

066.for ( i = 0; i < 8; i++)

067.{

068.temp[i] = buf[9 - i];

069.}

070.

071.memcpy(&n,temp,8);

072.payloadData=(char *)malloc(n);

073.memset(payloadData,0,n);

074.memcpy(payloadData,buf+14,n);//toggle error(core dumped) if data is too long.

075.payloadLen=n;

076.}

077.else

078.{

079.memcpy(masks,buf+2,4);

080.payloadData=(char *)malloc(payloadLen);

081.memset(payloadData,0,payloadLen);

082.memcpy(payloadData,buf+6,payloadLen);

083.}

084.

085.for (i = 0; i < payloadLen; i++)

086.{

087.payloadData[i] = (char)(payloadData[i] ^ masks[i % 4]);

088.}

089.

090.printf("data(%d):%s

091.",payloadLen,payloadData);

092.return payloadData;

093.}

094.

095.char * packData(const char * message,unsigned long * len)

096.{

097.char * data=NULL;

098.unsigned long n;

099.

100.n=strlen(message);

101.if (n < 126)

102.{

103.data=(char *)malloc(n+2);

104.memset(data,0,n+2);

105.data[0] = 0x81;

106.data[1] = n;

107.memcpy(data+2,message,n);

108.*len=n+2;

109.}

110.else if (n < 0xFFFF)

111.{

112.data=(char *)malloc(n+4);

113.memset(data,0,n+4);

114.data[0] = 0x81;

115.data[1] = 126;

116.data[2] = (n>>8 & 0xFF);

117.data[3] = (n & 0xFF);

118.memcpy(data+4,message,n);

119.*len=n+4;

120.}

121.else

122.{

123.

124.// 暂不处理超长内容

125.*len=0;

126.}

127.

128.

129.return data;

130.}

131.

132.void response(int connfd,const char * message)

133.{

134.char * data;

135.unsigned long n=0;

136.int i;

137.if(!connfd)

138.{

139.return;

140.}

141.

142.if(!data)

143.{

144.return;

145.}

146.data=packData(message,&n);

147.

148.if(!data||n<=0)

149.{

150.printf("data is empty!

151.");

152.return;

153.}

154.

155.write(connfd,data,n);

156.

157.}</pre>

158. 

159.注意：

160. 

161.1.对于超过0xFFFF长度的数据在分析数据部分虽然作了处理，但是在memcpy时会报core dumped的错误，没有解决，请过路的大牛帮忙指点。在packData部分也未对这一部分作处理。

162.2. 在这里碰到了一个郁闷的问题，在命名函数时，将函数名写的过长了(fetchSecWebSocketAcceptkey)，结果导致编译通过，但在运行时却莫名其妙的报core dumped的错误，试了很多方法才发现是这个原因，后将名字改短后就OK了。

163.3.在回复数据时，只要按websocket的协议进行回应就可以了。

164.附上sha1、base64和intLib的代码（sha1和base64是从网上摘来的）

165.sha1.h

166. 

167.<pre class="brush:java;">//sha1.h：对字符串进行sha1加密

168.#ifndef _SHA1_H_

169.#define _SHA1_H_

170.

171.#include <stdio.h>

172.#include <stdlib.h>

173.#include <string.h>

174.

175.

176.typedef struct SHA1Context{

177.unsigned Message_Digest[5];

178.unsigned Length_Low;

179.unsigned Length_High;

180.unsigned char Message_Block[64];

181.int Message_Block_Index;

182.int Computed;

183.int Corrupted;

184.} SHA1Context;

185.

186.void SHA1Reset(SHA1Context *);

187.int SHA1Result(SHA1Context *);

188.void SHA1Input( SHA1Context *,const char *,unsigned);

189.#endif

190.

191.

192.#define SHA1CircularShift(bits,<a href="http://www.it165.net/edu/ebg/" target="_blank" class="keylink">word</a>) ((((<a href="http://www.it165.net/edu/ebg/" target="_blank" class="keylink">word</a>) << (bits)) & 0xFFFFFFFF) | ((word) >> (32-(bits))))

193.

194.void SHA1ProcessMessageBlock(SHA1Context *);

195.void SHA1PadMessage(SHA1Context *);

196.

197.void SHA1Reset(SHA1Context *context){// 初始化动作

198.context->Length_Low = 0;

199.context->Length_High = 0;

200.context->Message_Block_Index = 0;

201.

202.context->Message_Digest[0] = 0x67452301;

203.context->Message_Digest[1] = 0xEFCDAB89;

204.context->Message_Digest[2] = 0x98BADCFE;

205.context->Message_Digest[3] = 0x10325476;

206.context->Message_Digest[4] = 0xC3D2E1F0;

207.

208.context->Computed = 0;

209.context->Corrupted = 0;

210.}

211.

212.

213.int SHA1Result(SHA1Context *context){// 成功返回1，失败返回0

214.if (context->Corrupted) {

215.return 0;

216.}

217.if (!context->Computed) {

218.SHA1PadMessage(context);

219.context->Computed = 1;

220.}

221.return 1;

222.}

223.

224.

225.void SHA1Input(SHA1Context *context,const char *message_array,unsigned length){

226.if (!length) return;

227.

228.if (context->Computed || context->Corrupted){

229.context->Corrupted = 1;

230.return;

231.}

232.

233.while(length-- && !context->Corrupted){

234.context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = (*message_array & 0xFF);

235.

236.context->Length_Low += 8;

237.

238.context->Length_Low &= 0xFFFFFFFF;

239.if (context->Length_Low == 0){

240.context->Length_High++;

241.context->Length_High &= 0xFFFFFFFF;

242.if (context->Length_High == 0) context->Corrupted = 1;

243.}

244.

245.if (context->Message_Block_Index == 64){

246.SHA1ProcessMessageBlock(context);

247.}

248.message_array++;

249.}

250.}

251.

252.void SHA1ProcessMessageBlock(SHA1Context *context){

253.const unsigned K[] = {0x5A827999, 0x6ED9EBA1, 0x8F1BBCDC, 0xCA62C1D6 };

254.int t;

255.unsigned temp;

256.unsigned W[80];

257.unsigned A, B, C, D, E;

258.

259.for(t = 0; t < 16; t++) {

260.W[t] = ((unsigned) context->Message_Block[t * 4]) << 24;

261.W[t] |= ((unsigned) context->Message_Block[t * 4 + 1]) << 16;

262.W[t] |= ((unsigned) context->Message_Block[t * 4 + 2]) << 8;

263.W[t] |= ((unsigned) context->Message_Block[t * 4 + 3]);

264.}

265.

266.for(t = 16; t < 80; t++) W[t] = SHA1CircularShift(1,W[t-3] ^ W[t-8] ^ W[t-14] ^ W[t-16]);

267.

268.A = context->Message_Digest[0];

269.B = context->Message_Digest[1];

270.C = context->Message_Digest[2];

271.D = context->Message_Digest[3];

272.E = context->Message_Digest[4];

273.

274.for(t = 0; t < 20; t++) {

275.temp = SHA1CircularShift(5,A) + ((B & C) | ((~B) & D)) + E + W[t] + K[0];

276.temp &= 0xFFFFFFFF;

277.E = D;

278.D = C;

279.C = SHA1CircularShift(30,B);

280.B = A;

281.A = temp;

282.}

283.for(t = 20; t < 40; t++) {

284.temp = SHA1CircularShift(5,A) + (B ^ C ^ D) + E + W[t] + K[1];

285.temp &= 0xFFFFFFFF;

286.E = D;

287.D = C;

288.C = SHA1CircularShift(30,B);

289.B = A;

290.A = temp;

291.}

292.for(t = 40; t < 60; t++) {

293.temp = SHA1CircularShift(5,A) + ((B & C) | (B & D) | (C & D)) + E + W[t] + K[2];

294.temp &= 0xFFFFFFFF;

295.E = D;

296.D = C;

297.C = SHA1CircularShift(30,B);

298.B = A;

299.A = temp;

300.}

301.for(t = 60; t < 80; t++) {

302.temp = SHA1CircularShift(5,A) + (B ^ C ^ D) + E + W[t] + K[3];

303.temp &= 0xFFFFFFFF;

304.E = D;

305.D = C;

306.C = SHA1CircularShift(30,B);

307.B = A;

308.A = temp;

309.}

310.context->Message_Digest[0] = (context->Message_Digest[0] + A) & 0xFFFFFFFF;

311.context->Message_Digest[1] = (context->Message_Digest[1] + B) & 0xFFFFFFFF;

312.context->Message_Digest[2] = (context->Message_Digest[2] + C) & 0xFFFFFFFF;

313.context->Message_Digest[3] = (context->Message_Digest[3] + D) & 0xFFFFFFFF;

314.context->Message_Digest[4] = (context->Message_Digest[4] + E) & 0xFFFFFFFF;

315.context->Message_Block_Index = 0;

316.}

317.

318.void SHA1PadMessage(SHA1Context *context){

319.if (context->Message_Block_Index > 55) {

320.context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = 0x80;

321.while(context->Message_Block_Index < 64) context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = 0;

322.SHA1ProcessMessageBlock(context);

323.while(context->Message_Block_Index < 56) context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = 0;

324.} else {

325.context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = 0x80;

326.while(context->Message_Block_Index < 56) context->Message_Block[context->Message_Block_Index++] = 0;

327.}

328.context->Message_Block[56] = (context->Length_High >> 24 ) & 0xFF;

329.context->Message_Block[57] = (context->Length_High >> 16 ) & 0xFF;

330.context->Message_Block[58] = (context->Length_High >> 8 ) & 0xFF;

331.context->Message_Block[59] = (context->Length_High) & 0xFF;

332.context->Message_Block[60] = (context->Length_Low >> 24 ) & 0xFF;

333.context->Message_Block[61] = (context->Length_Low >> 16 ) & 0xFF;

334.context->Message_Block[62] = (context->Length_Low >> 8 ) & 0xFF;

335.context->Message_Block[63] = (context->Length_Low) & 0xFF;

336.

337.SHA1ProcessMessageBlock(context);

338.}

339.

340./*

341.int sha1_hash(const char *source, char *lrvar){// Main

342.SHA1Context sha;

343.char buf[128];

344.

345.SHA1Reset(&sha);

346.SHA1Input(&sha, source, strlen(source));

347.

348.if (!SHA1Result(&sha)){

349.printf("SHA1 ERROR: Could not compute message digest");

350.return -1;

351.} else {

352.memset(buf,0,sizeof(buf));

353.sprintf(buf, "%08X%08X%08X%08X%08X", sha.Message_Digest[0],sha.Message_Digest[1],

354.sha.Message_Digest[2],sha.Message_Digest[3],sha.Message_Digest[4]);

355.//lr_save_string(buf, lrvar);

356.

357.return strlen(buf);

358.}

359.}

360.*/

361.

362.char * sha1_hash(const char *source){// Main

363.SHA1Context sha;

364.char *buf;//[128];

365.

366.SHA1Reset(&sha);

367.SHA1Input(&sha, source, strlen(source));

368.

369.if (!SHA1Result(&sha)){

370.printf("SHA1 ERROR: Could not compute message digest");

371.return NULL;

372.} else {

373.buf=(char *)malloc(128);

374.memset(buf,0,sizeof(buf));

375.sprintf(buf, "%08X%08X%08X%08X%08X", sha.Message_Digest[0],sha.Message_Digest[1],

376.sha.Message_Digest[2],sha.Message_Digest[3],sha.Message_Digest[4]);

377.//lr_save_string(buf, lrvar);

378.

379.//return strlen(buf);

380.return buf;

381.}

382.}

383.</string.h></stdlib.h></stdio.h></pre>

384. 

385.base64.h

386. 

387. 

388.<pre class="brush:java;">#ifndef _BASE64_H_

389.#define _BASE64_H_

390.

391.#include <stdio.h>

392.#include <stdlib.h>

393.#include <string.h>

394.

395.const char base[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/=";

396.char* base64_encode(const char* data, int data_len);

397.char *base64_decode(const char* data, int data_len);

398.static char find_pos(char ch);

399.

400./* */

401.char *base64_encode(const char* data, int data_len)

402.{

403.//int data_len = strlen(data);

404.int prepare = 0;

405.int ret_len;

406.int temp = 0;

407.char *ret = NULL;

408.char *f = NULL;

409.int tmp = 0;

410.char changed[4];

411.int i = 0;

412.ret_len = data_len / 3;

413.temp = data_len % 3;

414.if (temp > 0)

415.{

416.ret_len += 1;

417.}

418.ret_len = ret_len*4 + 1;

419.ret = (char *)malloc(ret_len);

420.

421.if ( ret == NULL)

422.{

423.printf("No enough memory.

424.");

425.exit(0);

426.}

427.memset(ret, 0, ret_len);

428.f = ret;

429.while (tmp < data_len)

430.{

431.temp = 0;

432.prepare = 0;

433.memset(changed, '', 4);

434.while (temp < 3)

435.{

436.//printf("tmp = %d

437.", tmp);

438.if (tmp >= data_len)

439.{

440.break;

441.}

442.prepare = ((prepare << 8) | (data[tmp] & 0xFF));

443.tmp++;

444.temp++;

445.}

446.prepare = (prepare<<((3-temp)*8));

447.//printf("before for : temp = %d, prepare = %d

448.", temp, prepare);

449.for (i = 0; i < 4 ;i++ )

450.{

451.if (temp < i)

452.{

453.changed[i] = 0x40;

454.}

455.else

456.{

457.changed[i] = (prepare>>((3-i)*6)) & 0x3F;

458.}

459.*f = base[changed[i]];

460.//printf("%.2X", changed[i]);

461.f++;

462.}

463.}

464.*f = '';

465.

466.return ret;

467.

468.}

469./* */

470.static char find_pos(char ch)

471.{

472.char *ptr = (char*)strrchr(base, ch);//the last position (the only) in base[]

473.return (ptr - base);

474.}

475./* */

476.char *base64_decode(const char *data, int data_len)

477.{

478.int ret_len = (data_len / 4) * 3;

479.int equal_count = 0;

480.char *ret = NULL;

481.char *f = NULL;

482.int tmp = 0;

483.int temp = 0;

484.char need[3];

485.int prepare = 0;

486.int i = 0;

487.if (*(data + data_len - 1) == '=')

488.{

489.equal_count += 1;

490.}

491.if (*(data + data_len - 2) == '=')

492.{

493.equal_count += 1;

494.}

495.if (*(data + data_len - 3) == '=')

496.{//seems impossible

497.equal_count += 1;

498.}

499.switch (equal_count)

500.{

501.case 0:

502.ret_len += 4;//3 + 1 [1 for NULL]

503.break;

504.case 1:

505.ret_len += 4;//Ceil((6*3)/8)+1

506.break;

507.case 2:

508.ret_len += 3;//Ceil((6*2)/8)+1

509.break;

510.case 3:

511.ret_len += 2;//Ceil((6*1)/8)+1

512.break;

513.}

514.ret = (char *)malloc(ret_len);

515.if (ret == NULL)

516.{

517.printf("No enough memory.

518.");

519.exit(0);

520.}

521.memset(ret, 0, ret_len);

522.f = ret;

523.while (tmp < (data_len - equal_count))

524.{

525.temp = 0;

526.prepare = 0;

527.memset(need, 0, 4);

528.while (temp < 4)

529.{

530.if (tmp >= (data_len - equal_count))

531.{

532.break;

533.}

534.prepare = (prepare << 6) | (find_pos(data[tmp]));

535.temp++;

536.tmp++;

537.}

538.prepare = prepare << ((4-temp) * 6);

539.for (i=0; i<3 ;i++ )

540.{

541.if (i == temp)

542.{

543.break;

544.}

545.*f = (char)((prepare>>((2-i)*8)) & 0xFF);

546.f++;

547.}

548.}

549.*f = '';

550.return ret;

551.}

552.

553.#endif

554.</string.h></stdlib.h></stdio.h></pre>

555. 

556.intLib.h

557. 

558. 

559.<pre class="brush:java;">#ifndef _INT_LIB_H_

560.#define _INT_LIB_H_

561.int tolower(int c)

562.{

563.if (c >= 'A' && c <= 'Z')

564.{

565.return c + 'a' - 'A';

566.}

567.else

568.{

569.return c;

570.}

571.}

572.

573.int htoi(const char s[],int start,int len)

574.{

575.int i,j;

576.int n = 0;

577.if (s[0] == '0' && (s[1]=='x' || s[1]=='X')) //判断是否有前导0x或者0X

578.{

579.i = 2;

580.}

581.else

582.{

583.i = 0;

584.}

585.i+=start;

586.j=0;

587.for (; (s[i] >= '0' && s[i] <= '9')

588.|| (s[i] >= 'a' && s[i] <= 'f') || (s[i] >='A' && s[i] <= 'F');++i)

589.{

590.if(j>=len)

591.{

592.break;

593.}

594.if (tolower(s[i]) > '9')

595.{

596.n = 16 * n + (10 + tolower(s[i]) - 'a');

597.}

598.else

599.{

600.n = 16 * n + (tolower(s[i]) - '0');

601.}

602.j++;

603.}

604.return n;

605.}

606.

607.

608.#endif

609.</pre>

610. 

611.出处http://blog.csdn.net/xxdddail/article/details/19070149

612. 

613.</buflen;i++)>

posted @ 2014-11-25 01:43 alxe_yu 阅读(582) 评论(0) 收藏举报

刷新页面返回顶部

alxe_yu

Linux下用C编写WebSocet服务以响应HTML5的WebSocket请求

1.建立SOCKET监听

2.握手

公告