node.js 使用 net 模組模擬 websocket 握手進行資料傳遞操作示例
本文例項講述了node.js 使用 net 模組模擬 websocket 握手進行資料傳遞操作。分享給大家供大家參考，具體如下：
websocket 是一種讓瀏覽器與伺服器之間建立持久的連線，並能進行雙向資料傳輸的一種協議。
websocket 屬性應用層協議，基於tcp傳輸協議，並複用http的握手通道。
一、如何進行websocket連線。
websocket複用了http的握手通道，客戶端通過http請求與服務端進行協商，升級協議。協議升級完後，後面的資料交換則遵照websocket協議。
1、客戶端申請協議升級
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 表示要升級協議
- Upgrade: websocket 表示升級到websocket協議
- Sec-WebSocket-Version: 13 表示websocket的版本
- Sec-WebSocket-Key 表示websocket的驗證，防止惡意的連線，與服務端響應的Sec-WebSocket-Accept是配套。
2、服務端響應協議升級
Status Code: 101 Switching Protocols Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: eS92kXpBNI6fWsCkj6WxH6QeoHs= Upgrade: websocket
Status Code：101 表示狀態碼，協議切換。
Sec-WebSocket-Accept 表示服務端響應的校驗，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。
然後通過sha1計算，再轉成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、協議升級完後，後續的資料傳輸就需要按websocket協議來走。
websocket客戶端與服務端通訊的最小單位是 幀，由1個或多個幀組成完整的訊息。
客戶端：將訊息切割成多個幀，傳送給服務端。
服務端：接收到訊息幀，將幀重新組裝成完整的訊息。
5、資料幀的格式
單位是1個位元位，FIN，PSV1，PSV2，PSV3 佔1個位元位，opcode佔4個位元位。
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 佔1位，用來表示該幀是否是最後一幀，1表示是，0表示不是。
RSV1，RSV2，RSV3 分別佔1位，一般情況下全為0，擴充套件使用，值的含義由擴充套件進行定義。
opcode 佔4位，表示如何解析後面的資料載荷(Payload Data)。
%x0 表示一個延續幀，opcode為0時，表示資料傳輸採用了資料分片，當前的資料幀只是其中一個數據分片。
%x1 表示這是一個文字幀
%x2 表示這是一個二進位制幀
%x3-7 保留的操作程式碼，用於定義後續的非控制幀。
%x8 表示連線斷開
%x9 表示這是一個ping操作
%xA 表示這是一個pong操作
%xB-F 保留的操作程式碼，用於定義後續的控制幀。
MASK 佔1位，表示是否要對資料載荷進行掩碼操作。
客戶端向服務端發資料，需要對資料進行掩碼操作，服務端向客戶端發資料，不需要對資料進行掩碼操作。
如果Mask為1，則Masking-key中會定義一個掩碼鍵，通過該掩碼鍵對資料載荷進行反掩碼。客戶端傳送給服務端的資料幀，MASK都是1。
Payload len 為7位，或7+16位，或7+64位，表示資料載荷的長度，單位位元組。
如果Payload len=0~125，表示，資料的長度為0~125位元組。
如果Payload len=126，表示，後續的2個位元組代表一個16位的無符號整數，該整數表示資料的長度。
如果Payload len=127，表示，後續的8個位元組代表一個64位的無符號整數，該整數表示資料的長度。
如果Payload len佔用多個位元組，Payload len的二進位制表達採用Big-endian。
Masking-key 佔0或32位，客戶端向服務端傳送資料幀，資料載荷都進行了掩碼操作，Mask為1，且帶了4位元組的Masking-key。如果Mask為0，則沒有Masking-key。
注意資料載荷的長度，不包括Masking-key的長度。
6、掩碼的演算法
Masking-key掩碼鍵是由客戶端生成的32位隨機數，掩碼操作不會影響資料載荷的長度。
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];
}
}
//建立一個tcp伺服器
let server = net.createServer(function (socket) {
socket.once('data',function (data) {
data = data.toString();
//檢視請求頭中是否有升級websocket協議的頭資訊
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);
//服務端響應的內容
let res = [
'HTTP/1.1 101 Switching Protocols','Upgrade: websocket',`Sec-WebSocket-Accept: ${secWebSocketAccept}`,'Connection: Upgrade','\r\n'
].join('\r\n');
//給客戶端傳送響應內容
socket.write(res);
//注意這裡不要斷開連線，繼續監聽'data'事件
socket.on('data',function (buffer) {
//注意buffer的最小單位是一個位元組
//取第一個位元組的第一位，判斷是否是結束位
let fin = (buffer[0] & 0b10000000) === 0b10000000;
//取第一個位元組的後四位，得到的一個是十進位制數
let opcode = buffer[0] & 0b00001111;
//取第二個位元組的第一位是否是1，判斷是否掩碼操作
let mask = buffer[1] & 0b100000000 === 0b100000000;
//載荷資料的長度
let payloadLength = buffer[1] & 0b01111111;
//掩碼鍵，佔4個位元組
let maskingKey = buffer.slice(2,6);
//載荷資料，就是客戶端傳送的實際資料
let payloadData = buffer.slice(6);
//對資料進行解碼處理
unmask(payloadData,maskingKey);
//向客戶端響應資料
let send = Buffer.alloc(2 + payloadData.length);
//0b10000000表示傳送結束
send[0] = opcode | 0b10000000;
//載荷資料的長度
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('連線結束');
});
socket.on('close',function () {
console.log('連線關閉');
});
});
//監聽8888埠
server.listen(8888);
index.html的程式碼：
<!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('連線成功');
ws.send('你好服務端');
};
ws.onmessage = function (ev) {
console.log('接收資料',ev.data);
};
ws.onclose = function () {
console.log('連線斷開');
};
</script>
</body>
</html>
希望本文所述對大家node.js程式設計有所幫助。