node_node.js를 기반으로 웹소켓 프로토콜 구현-JS 튜토리얼-php.cn

1. 계약
WebSocket은 TCP 기반의 클라이언트와 서버 간 전이중 통신을 위한 프로토콜로 HTML5에 정의되어 있으며 차세대 웹앱의 기본 사양 중 하나입니다.

AJAX의 기존 한계를 뛰어넘었습니다. 핵심은 서버가 클라이언트에 콘텐츠를 적극적으로 푸시할 수 있다는 점입니다. 가능한 애플리케이션에는 멀티플레이어 온라인 게임, 인스턴트 채팅, 실시간 모니터링, 원격 데스크톱, 뉴스 서버 등이 포함됩니다.

나 자신이 지금 가장 해보고 싶은 것은 캔버스+웹소켓을 함께 할 수 있는 것입니다.

2. 구현
핸드셰이크 프로세스는 표준 HTTP 요청이므로 웹소켓 구현에는 두 가지 옵션이 있습니다. 1) TCP 구현 2) 기존 HTTP 소프트웨어 구현. 후자의 장점은 기존 HTTP 서버 포트를 공유할 수 있고 인증 기능과 HTTP 요청 구문 분석 기능을 다시 구현할 필요가 없다는 것입니다.

이 예시에 사용된 Node의 HTTP 모듈입니다. (TCP 버전 및 전체 파일은 첨부파일 참조)

1. 노드 서버 코드:

var http = require('http');
var url = require('url');
// var mime = require('mime');
var crypto = require('crypto');

var port = 4400;
var server = http.createServer();
  server.listen(port,function() {
    console.log('server is running on localhost:',port);
    server
    .on('connection',function(s) {
      console.log('on connection ',s);
    })
    .on('request',onrequest)
    .on('upgrade',onupgrade);
  });

var onrequest = function(req,res) {
  console.log( Object.keys(req) ,req.url,req['upgrade']);
  if( !req.upgrade ){
    // 非upgrade请求选择：中断或提供普通网页
    res.writeHead(200, { 'content-type': 'text/plain' });
    res.write( 'WebSocket server works!' );
    
  }
  res.end();
  return;
};

var onupgrade = function (req,sock,head) {
  // console.log('方法:',Object.keys(sock));
  if(req.headers.upgrade !== 'WebSocket'){
    console.warn('非法连接');
    sock.end();
    return;
  }
  
  bind_sock_event(sock);

  try{
    handshake(req,sock,head);
  }catch(e){
    console.error(e);
    sock.end();
  }
};

// 包装将要发送的帧
var wrap = function(data) {
  var fa = 0x00, fe = 0xff, data = data.toString()
    len = 2+Buffer.byteLength(data),
    buff = new Buffer(len);

  buff[0] = fa;
  buff.write(data,1);
  buff[len-1] = fe;
  return buff;
}
// 解开接收到的帧
var unwrap = function(data) {
  return data.slice(1,data.length-1);
}

var bind_sock_event = function(sock) {
  sock
  .on('data',function(buffer) {
    var data = unwrap(buffer);
    console.log('socket receive data : ',buffer,data,'\n>>> '+data);
    // send('hello html5,'+Date.now())
    sock.emit('send',data);
  })
  .on('close',function() {
    console.log('socket close');
  })
  .on('end',function() {
    console.log('socket end');
  })
  .on('send',function(data) { //自定义事件
    sock.write(wrap(data),'binary');
  })
};

var get_part = function(key) {
  var empty  = '',
    spaces = key.replace(/\S/g,empty).length,
    part  = key.replace(/\D/g,empty);
  if(!spaces) throw {message:'Wrong key: '+key,name:'HandshakeError'}
  return get_big_endian(part / spaces);
}

var get_big_endian = function(n) { 
  return String.fromCharCode.apply(null,[3,2,1,0].map(function(i) { return n >> 8*i & 0xff }))
}

var challenge = function(key1,key2,head) {
  var sum = get_part(key1) + get_part(key2) + head.toString('binary');
  return crypto.createHash('md5').update(sum).digest('binary');
}

var handshake = function(req,sock,head) {
  var output = [],h = req.headers, br = '\r\n';

  // header
  output.push(
    'HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake','Upgrade: WebSocket','Connection: Upgrade',
    'Sec-WebSocket-Origin: ' + h.origin,
    'Sec-WebSocket-Location: ws://' + h.host + req.url,
    'Sec-WebSocket-Protocol: my-custom-chat-protocol'+br
  );
  // body
  var c = challenge(h['sec-websocket-key1'],h['sec-websocket-key2'],head);
  output.push(c);

  sock.write(output.join(br),'binary');
}

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2. 브라우저 클라이언트 코드:

<html>
<head>
  <title>WebSocket Demo</title>
</head>
<style type="text/css">
 textarea{width:400px;height:150px;display:block;overflow-y:scroll;}
 #output{width:600px;height:400px;background:whiteSmoke;padding:1em .5em;color:#000;border:none;}
 button{padding:.2em 1em;}
</style>
<link href="layout.css" rel="stylesheet" type="text/css" /> 
<body>

<textarea id="output" readonly="readonly"></textarea>
<br>
<textarea id="input"></textarea>
<button id="send">send</button>

<script type="text/javascript">
// localhost
var socket = new WebSocket('ws://192.168.144.131:4400/')
socket.onopen = function(e) {
  log(e.type);
  socket.send('hello node');
}
socket.onclose = function(e) {
  log(e.type);
}
socket.onmessage = function(e) {
  log('receive @ '+ new Date().toLocaleTimeString() +'\n'+e.data);
 output.scrollTop = output.scrollHeight
}
socket.onclose = function(e) {
  log(e.type);
}
socket.addEventListener('close',function() {
  log('a another close event handler..');
},false);

// dom
var id = function(id) {
  return document.getElementById(id);
}
var output = id('output'), input = id('input'), send = id('send');
var log = function(msg) {
  output.textContent += '> '+msg + '\n'
}
send.addEventListener('click',function() {
  socket.send(input.value);
},false);

</script>
</body>
</html>

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3. 상세정보
http 프로토콜 위에 구현된 웹소켓 프로토콜은 핸드셰이크와 데이터 전송이라는 두 단계만 거치게 됩니다.

1. 악수
핸드셰이크 프로세스를 시도-응답이라고 합니다. 먼저 클라이언트는 업그레이드라는 이름의 HTTP GET 요청을 시작합니다. 서버는 이 요청을 확인하고 프로토콜 업그레이드 승인을 나타내는 101 응답을 제공합니다.

Chrome 검사관의 아름다운 악수 메시지:

요청URL:ws://192.168.144.131:4400/pub/chat?q=me
요청 방법:GET
상태 코드:101 WebSocket 프로토콜 핸드셰이크

요청 헤더
연결:업그레이드
호스트:192.168.144.131:4400
출처:http://localhost:800
Sec-WebSocket-Key1:p2 G 947T 80 661 jAf2
Sec-WebSocket-Key2:z Z Q ^326 5 9= 7s1 1 7H4
Sec-WebSocket-프로토콜::my-custom-chat-protocol
업그레이드:WebSocket
(키3):7C:44:56:CA:1F:19:D2:0A

응답 헤더
연결:업그레이드
Sec-WebSocket-위치:ws://192.168.144.131:4400/pub/chat?q=me
Sec-WebSocket-Origin:http://localhost:800
Sec-WebSocket-프로토콜:내-사용자 정의-채팅-프로토콜
업그레이드:WebSocket
(챌린지 응답):52:DF:2C:F4:50:C2:8E:98:14:B7:7D:09:CF:C8:33:40

요청 헤더 부분

호스트: 웹소켓 서버 호스트
연결: 연결 유형
업그레이드: 프로토콜 업그레이드 유형
출처: 출처 방문
Sec-WebSocket-Protocol: 애플리케이션 자체에서 정의하는 선택적 하위 프로토콜 이름입니다. 여러 프로토콜은 공백으로 구분됩니다. (*남은 옵션은 쿠키뿐입니다)
Sec-WebSocket-Key1: 보안 인증 키, xhr 요청은 'sec-'로 시작하는 요청 헤더를 위조할 수 없습니다.
Sec-WebSocket-Key2: 위와 동일
Key3: 응답 본문 내용, 8바이트 무작위.
응답 헤더 부분

Sec-WebSocket-Protocol: 요청된 하위 프로토콜 이름을 포함해야 합니다
Sec-WebSocket-Origin: 요청의 출처와 동일해야 합니다
Sec-WebSocket-Location: 요청된 주소와 동일해야 합니다
챌린지 응답: 요청의 3개 키를 기반으로 계산된 응답 본문 콘텐츠, 16바이트.
응답 문자열 계산 프로세스의 의사 코드:

part_1 = key1中所有数字 / key1中空格数量
part_2 同上
sum = big_endian(part_1)+big_endian(part_2)+key3
challenge_response = md5_digest(sum);

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32비트 정수에 대한 big_endian 계산 전략:

# 很类似于rgba颜色计算,从下面的函数可以看出计算过程
var big_endian = function(n) {
  return [3,2,1,0].map(function(i) { return n >> 8*i & 0xff });
}
big_endian(0xcc77aaff);
// -> [204, 119, 170, 255]

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2. 데이터 보내기
WebSocket API는 이벤트를 사용하여 데이터를 처리하도록 설계되었습니다. 클라이언트는 버퍼를 수동으로 처리할 필요 없이 이벤트에 대한 알림만 받으면 완전한 데이터를 얻을 수 있습니다.

이 경우 각 데이터 조각을 프레임이라고 합니다. 사양 정의에서 헤더는 0x00으로 시작해야 하고 tail 속성은 0xff로 끝나야 하므로 각 데이터 전송에는 최소 2바이트가 포함됩니다.

서버 구현에서는 데이터를 수신할 때 헤더와 테일을 잘라야 하고, 데이터를 보낼 때는 헤더와 테일을 래핑해야 합니다. 형식은 다음과 같습니다.

# 'Hello'의 원래 바이너리 표현, 요청 헤더 및 여기에는 모두 utf8 인코딩이 있습니다
<버퍼 e4 bd a0 e5 a5 bd>
# 래핑된 바이너리 표현.
<버퍼 00 e4 bd a0 e5 a5 bd ff>

위 내용은 이 글의 전체 내용입니다. 모든 분들의 공부에 도움이 되었으면 좋겠습니다.