Websocket 學習
一、含義
WebSocket 是一種在單個TCP連接上進行全雙工通訊的協議。
WebSocket 使得客戶端和服務器之間的數據交換變得更加簡單，允許服務端主動向客戶端推送數據。在WebSocket API中，瀏覽器和服務器只需要完成一次握手，兩者之間就直接可以創建持久性的連接，並進行雙向數據傳輸。
二、Websocket 產生背景
很多網站為了實現推送技術，所用的技術都是輪詢。
輪詢是在特定的的時間間隔（如每1秒），由瀏覽器對服務器發出HTTP請求，然後由服務器返回最新的數據給客戶端的瀏覽器。
傳統的模式的缺點，即瀏覽器需要不斷的向服務器發出請求，然而HTTP請求可能包含較長的頭部，其中真正有效的數據可能只是很小的一部分，顯然這樣會浪費很多的帶寬等資源。
比較新的技術去做輪詢的效果是Comet。
Comet 是一種用於web的推送技術，能使服務器實時地將更新的信息傳送到客戶端，而無須客戶端發出請求，目前有兩種實現方式，長輪詢和iframe流。
長輪詢 是在打開一條連接以後保持，等待服務器推送來數據再關閉的方式。
iframe流 方式是在頁面中插入一個隱藏的iframe，利用其src屬性在服務器和客戶端之間創建一條長鏈接，服務器向iframe傳輸數據（通常是HTML，內有負責插入信息的javascript），來實時更新頁面。
Comet技術雖然可以雙向通信，但依然需要反復發出請求。
Comet中，普遍采用的長鏈接，也會消耗服務器資源。
Websocket使用和 HTTP 相同的 TCP 端口，可以繞過大多數防火墻的限制。
默認情況下，Websocket協議使用80端口；運行在TLS之上時，默認使用443端口。
WebSocket 是獨立的、創建在 TCP 上的協議。
Websocket 通過 HTTP/1.1 協議的101狀態碼進行握手。
為了創建Websocket連接，需要通過瀏覽器發出請求，之後服務器進行回應，這個過程通常稱為“握手”（handshaking）。
三、Python編寫Socket服務端
1.客戶端
客戶端：瀏覽器(必須要有socket包或者類庫，一般自帶，個別瀏覽器沒有，所以websocket有局限性)
<script type="text/javascript">
# 創建連接
# 發送消息
# 接收驗證消息 下面的一句話做了上面的三件事
var socket = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8002/xxoo");
# 與服務器端連接成功後，自動執行
socket.onopen = function () {
};
# 服務器端向客戶端發送數據時，自動執行
socket.onmessage = function (event) {
};
</script>
2.服務端
import socket sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1) sock.bind((‘127.0.0.1‘, 8002)) sock.listen(5) # 獲取客戶端socket對象 conn, address = sock.accept() # 獲取客戶端的【握手】信息 data = conn.recv(1024) ... ... ... conn.send(‘響應【握手】信息‘)
請求握手時，瀏覽器發來的請求信息
GET /chatsocket HTTP/1.1 Host: 127.0.0.1:8002 Connection: Upgrade Pragma: no-cache Cache-Control: no-cache Upgrade: websocket Origin: http://localhost:63342 Sec-WebSocket-Version: 13 Sec-WebSocket-Key: mnwFxiOlctXFN/DeMt1Amg== Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits
請求和響應的【握手】信息需要遵循規則：
- 從請求【握手】信息中提取 Sec-WebSocket-Key
- 利用magic_string 和 Sec-WebSocket-Key 進行hmac1加密，再進行base64加密
- 將加密結果響應給客戶端
註：magic string為：258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11
其中 Sec-WebSocket-Key: mnwFxiOlctXFN/DeMt1Amg== 是瀏覽器給服務端的一個隨機字符串（mnwFxiOlctXFN/DeMt1Amg==），服務端需要給這個隨機字符串進行加密，然後在給瀏覽器send數據的時候帶上這個加密後的隨機字符串，如果瀏覽器可以解密，那麽就是說服務端支持websocket，進而進行建立連接通信。
提取Sec-WebSocket-Key值並加密：
import socket
import base64
import hashlib
def get_headers(data):
"""
將請求頭格式化成字典
:param data:
:return:
"""
header_dict = {}
data = str(data, encoding=‘utf-8‘)
for i in data.split(‘\r\n‘):
print(i)
header, body = data.split(‘\r\n\r\n‘, 1)
header_list = header.split(‘\r\n‘)
for i in range(0, len(header_list)):
if i == 0:
if len(header_list[i].split(‘ ‘)) == 3:
header_dict[‘method‘], header_dict[‘url‘], header_dict[‘protocol‘] = header_list[i].split(‘ ‘)
else:
k, v = header_list[i].split(‘:‘, 1)
header_dict[k] = v.strip()
return header_dict
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sock.bind((‘127.0.0.1‘, 8002))
sock.listen(5)
conn, address = sock.accept()
data = conn.recv(1024)
headers = get_headers(data) # 提取請求頭信息
# 對請求頭中的sec-websocket-key進行加密
response_tpl = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n" "Upgrade:websocket\r\n" "Connection: Upgrade\r\n" "Sec-WebSocket-Accept: %s\r\n" "WebSocket-Location: ws://%s%s\r\n\r\n"
magic_string = ‘258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11‘
value = headers[‘Sec-WebSocket-Key‘] + magic_string
ac = base64.b64encode(hashlib.sha1(value.encode(‘utf-8‘)).digest())
response_str = response_tpl % (ac.decode(‘utf-8‘), headers[‘Host‘], headers[‘url‘])
# 響應【握手】信息
conn.send(bytes(response_str, encoding=‘utf-8‘))
...
...
...
此外還有服務端需要實現封包解包的功能，而客戶端瀏覽器的JS已經幫我們實現了封包解包了。
封包解包詳見：武沛齊
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