WebSocket协议探究（序章）

一 WebSocket协议基于HTTP和TCP协议

• 与往常一样，进入WebSocket协议学习之前，先进行WebSocket协议抓包，来一个第一印象。
• WebSocket能实现客户端和服务器间双向、基于消息的文本或二进制的数据传输。
  • HTTP握手机制用于协商连接参数
  • 二进制消息分帧机制用于支持低开销的数据传输
• WebSocket协议特点：
  • 连接协商和同源策略
  • 与既有 HTTP 基础设施的互操作
  • 基于消息的通信和高效消息分帧
  • 子协议协商及可扩展能减少通信量

二 抓包分析

• WebSocket客户端（MQTTBox）
  • IP：192.168.1.10
  • port：2994
• WebSocket服务器（Eclipse的MQTT服务器）
  • IP：198.41.30.241
  • port：80

1 TCP三次握手

192.168.1.10	198.41.30.241	TCP	2994 → 80 [SYN] Seq=0 Win=64240 Len=0 MSS=1460 WS=256 SACK_PERM=1
198.41.30.241	192.168.1.10	TCP	80 → 2994 [SYN, ACK] Seq=0 Ack=1 Win=14600 Len=0 MSS=1412 SACK_PERM=1 WS=64
192.168.1.10	198.41.30.241	TCP	2994 → 80 [ACK] Seq=1 Ack=1 Win=66304 Len=0

注：TCP讲解了很多遍了，就简单贴出来了。

2 HTTP协议交换

# 1.客户端 -> 服务器 ，HTTP升级Webscoket请求
192.168.1.10	198.41.30.241	HTTP	310	GET /ws HTTP/1.1 
Hypertext Transfer Protocol
	GET /ws HTTP/1.1\r\n # Method url 协议版本
	Connection: Upgrade\r\n # 升级协议
	Upgrade: websocket\r\n # 升级为webscoket
	Host: iot.eclipse.org\r\n # 主机名
	Sec-WebSocket-Version: 13\r\n # websocket版本
	Sec-WebSocket-Key: MTMtMTU0NDE1NjY2MjM2NA==\r\n # 客户端标识符
	Sec-WebSocket-Protocol: mqtt\r\n # 子协议
	Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits\r\n # 拓展属性

# TCP应答报文
198.41.30.241	192.168.1.10	TCP	60	80 → 2994 [ACK] Seq=1 Ack=257 Win=15680 Len=0

# 2.服务器 -> 客户端，协议升级应答
198.41.30.241	192.168.1.10	HTTP	213	HTTP/1.1 101 Switching Protocols 
Hypertext Transfer Protocol
	HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n
	Upgrade: websocket\r\n
	Connection: Upgrade\r\n
	# base64(sha1(客户端标识符+固定UUID))
	Sec-WebSocket-Accept: pC5iSVAHF4dkYCnA6rA0VDfEpuI=\r\n
	Sec-WebSocket-Protocol: mqtt\r\n

3 数据传输

• HTTP协议升级为WebSocket协议后，并不适用HTTP报文封装WebSocket报文，而是直接基于TCP报文。
• 报文的格式为二进制或字符。
• 发送方需要设置Mask为True，并发送Masking-Key；Masking-Key会一直变化。(解析方式以后细说)

# 只截取MQTT中PINGREQ和PINGRESP报文

# PINGREQ报文
192.168.1.10	198.41.30.241	WebSocket	62	WebSocket Binary [FIN] [MASKED]
WebSocket
	1... .... = Fin: True # 是否为最终帧
	.000 .... = Reserved: 0x0 # 保留
	.... 0010 = Opcode: Binary (2) # 操作码
	1... .... = Mask: True # 是否掩码
	.000 0010 = Payload length: 2 # 负载长度
	Masking-Key: 8f 06 5d 55 # 掩码的Key值(Mask为True时需要传输该字段)
	Masked payload
		Data: 4f06 -> (4f xor 8f == c0)(06 xor 06 ==00) == c000
	
# PINGRESP报文    
198.41.30.241	192.168.1.10	WebSocket	60	WebSocket Binary [FIN] 
WebSocket
	1... .... = Fin: True
	.000 .... = Reserved: 0x0
	.... 0010 = Opcode: Binary (2)
	0... .... = Mask: False
	.000 0010 = Payload length: 2
	Payload
		Data: d000

注：MQTT报文请参考MQTT协议探究（一）

参考：

• 《图解HTTP》
• 《Web性能权威指南》