WebSocket之解析数据帧

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 ');
      o.write('Upgrade: websocket ');
      o.write('Connection: Upgrade ');
      o.write('Sec-WebSocket-Accept: '+key+' ');
      o.write(' ');
    }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则用后面四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.length=(e[i++]<<8)+e[i++];
  if(frame.PayloadLength==127)
    frame.length=(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,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。