Web 技术研究所

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WebSocket(贰) 解析数据帧

  知道了怎么握手只是让客户端和服务器建立连接而已,WebSocket真正麻烦的地方是在数据的传输上!为了环保,它使用了特定格式的数据帧,这个数据帧需要自己去解析(当然也有别人编写好的库可以用)。虽然官方文档描述的很详细,但是看起来还是蛋疼。
  当客户端向服务器发送一个数据时服务器收到一个数据帧,比如下面的程序 //客户端程序 var ws=new WebSocket("ws://127.0.0.1:8000"); ws.onopen=function(e){ ws.send("次碳酸钴"); //发送数据 }; //服务器程序 var crypto=require('crypto'); var WS='258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'; require('net').createServer(function(o){ var key; o.on('data',function(e){ if(!key){ //握手 key=e.toString().match(/Sec-WebSocket-Key: (.+)/)[1]; key=crypto.createHash('sha1').update(key+WS).digest('base64'); o.write('HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n'); o.write('Upgrade: websocket\r\n'); o.write('Connection: Upgrade\r\n'); o.write('Sec-WebSocket-Accept: '+key+'\r\n'); o.write('\r\n'); }else onmessage(e); //接收并交给处理函数 }); }).listen(8000); function onmessage(e){ console.log(e); //把数据输出到控制台 };   这里是直接把接收到的数据输出了,得到这样一个东西

  这就是一个完整的数据帧,直接的16进制数据我们当然无法直接阅读,需要按照数据帧的格式把它里面的数据取出来才行。对于这个数据帧,官方文档提供了一个结构图 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 ... | +---------------------------------------------------------------+   光拿出这个实在很难看懂,顶部数字用十进制而不是八进制太让人蛋疼了。当然官方文档在后面的描述中也有详细介绍,看完后再回头来看图表才能看明白。其实WebSocket目前还不太完善,很多实验性的东西,所以完全按照官方文档来理解是蛋疼的。这里就说我自己的理解。
  现在再看左上角上面的图标,左上角的四个小列,也就是4位,第一位是FIN,后面三位是RSV1到3。官方文档上说RSV是预留的空间,正常为0,这就意味着,正常情况下他们可以当做0填充,那么前4位只有第一位的FIN需要设置,FIN表示帧结束,由于这篇中它不重要就不特别介绍了。接着后面的四位是储存opcode的值,这个opcode是标识数据类型的。这样数据的第一个字节我们就能理解它的含义了,看上面16进制的数据的第一个字节81换成二进制是1000001,第一个1是FIN的值,最后一个1是opcode的值。
  接着是第二个字节的数据,它由1位的MASK和7位的PayloadLen组成,MASK标识这个数据帧的数据是否使用掩码,PayloadLen表示数据部分的长度。但是PayloadLen只有7位,换成无符号整型的话只有0到127的取值,这么小的数值当然无法描述较大的数据,因此规定当数据长度小于或等于125时候它才作为数据长度的描述,如果这个值为126,则时候后面的两个字节来储存储存数据长度,如果为127则用后面八个字节来储存数据长度。所以上面的图片第一行的最右侧那块和第二行看起来有些颓然。从我们的示例数据来看,第二个字节的8C中80是最高位为1,这意味着MASK为1,后面的C表示这个数据部分有12个字节。
  再接着是上面图表中的MaskingKey,它占四个字节,储存掩码的实体部分。但是只有在前面的MASK被设置为1时候才存在这个数据,否则不使用掩码也就没有这个数据了。看我们的示例数据,由于前面的MASK为1,所以3到6字节的“79 77 3d 41”是数据的掩码实体。
  最后是数据部分,如果掩码存在,那么所有数据都需要与掩码做一次异或运算,四个字节的掩码与所有数据字节轮流发生性关系。如果不存在掩码,那么后面的数据就可以直接使用。
  这样数据帧就解析完了。下面是我写的数据帧解析的程序,请不要吐槽代码没优化 function decodeDataFrame(e){ var i=0,j,s,frame={ //解析前两个字节的基本数据 FIN:e[i]>>7,Opcode:e[i++]&15,Mask:e[i]>>7, PayloadLength:e[i++]&0x7F }; //处理特殊长度126和127 if(frame.PayloadLength==126) frame.PayloadLength=(e[i++]<<8)+e[i++]; if(frame.PayloadLength==127) i+=4, //长度一般用四字节的整型,前四个字节通常为长整形留空的 frame.PayloadLength=(e[i++]<<24)+(e[i++]<<16)+(e[i++]<<8)+e[i++]; //判断是否使用掩码 if(frame.Mask){ //获取掩码实体 frame.MaskingKey=[e[i++],e[i++],e[i++],e[i++]]; //对数据和掩码做异或运算 for(j=0,s=[];j<frame.PayloadLength;j++) s.push(e[i+j]^frame.MaskingKey[j%4]); }else s=e.slice(i,i+frame.PayloadLength); //否则直接使用数据 //数组转换成缓冲区来使用 s=new Buffer(s); //如果有必要则把缓冲区转换成字符串来使用 if(frame.Opcode==1)s=s.toString(); //设置上数据部分 frame.PayloadData=s; //返回数据帧 return frame; };   既然有了解析程序,那么我们就可以把上面实例服务器端的onmessage方法修改一下 function onmessage(e){ e=decodeDataFrame(e); //解析数据帧 console.log(e); //把数据帧输出到控制台 };   
  这样服务器接收客户端穿过了的数据就没问题了。嘛,这篇文章就只说接收,至于从服务器发送到客户的情况会有更复杂的情况出现,咱下一篇再说。
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